hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膜性増殖性糸球体腎炎発症・進展機序の免疫学的研究

われわれは,既に補体の持続的活性化の原因となる2つのNephritic factor (NeFA:C3bBbに対するIgG自己抗体,NeFC:C4b2aに対するIgG自己抗体)の新しい測定法を開発し,MPGN I型患者の血中でNeFCが,MPGN II型でNeFAが高率に検出されることを見出だしている。本研究では,これらNeFC,NeFAに対する抗イディオタイプ抗体を作製して,MPGNにおけるこれらの関与を詳関に検討することを目的とした。NeFA,NeFCは,各々の腸性患者よりDEAEクロマトグラフィ-,HPLCを用いてIgGを分離し,EAC3bBb,EAC14b2aによるアフィニティ-クロマトグラフィ-で精製し,ペプシン処理にてF(ab')2として免疫原とした。得られた抗ヒトIgG抗体(マウスモノクロ-ナル,家兎ポリクロ-ナル)を正常ヒトIgGで吸収し,各々のNeFと特異的に反応する抗イディオタイプ抗体の分離,精製を試みているが,今のところ,充分な活性を持つ,抗イディオタイプ抗体は得られていない。抗イディオタイプ抗体の精製及び検定には大量のNeFA,NeFCを必要とするが,これまでは,NeFを患者血清より分離,精製して用いており,量的に非常に限られていた。そこで,大量のNeFを得る目的で,現在NeFA,NeFC陽性患者よりBリンパ球を分離して,EVウィルスで芽球化しNeFA,NeFC産生細胞を選択中である。今のところ各々を産生する数個のクロ-ンを得ており,大量のNeFA,NeFCが得られることが期待できる。それにより,抗イディオタイプ抗体を精製しMPGNにおけるこれらの関与を明らかにできると考えている。われわれは、既に補体の持続的な活性化の原因となる2つのnephritic factor(NeFA:C3bBbに対するIgG自己抗体,NeFC:C4b2aに対するIgG自己抗体)の新しい測定法を開発し、MPGNI型患者の血中でNeFCが,MPGNII型でNeFAが高率に検出されることを見出している。本研究では、これらNeFC,NeFAに対する抗イディオタイプ抗体を作成して、MPGNにおけるこれらの関与を詳細に検討することを目的とした。抗イディオタイプ抗体は、NeFA,NeFC陽性患者血清より各々を精製し、マウスおよび家兎に免疫して作成を試みた。NeFA,NeFCは、各々の患者より、DEAEクロマトグラフィ-,HPLCを用いてIgGを分離し、EAC3bBb,EAC14b2aによるアフィニティ-クロマトグラフィ-で精製し、ペプシン処理にてF(ab')_2として免疫原とした。得られた抗ヒトIgG抗体(マウスモノクロ-ナル,家兎ポリクロ-ナル)を正常ヒトIgGで吸収することにより、各々のNeFに特異的な抗イディオタイプ抗体の分離,精製を試みているが、今のところ,充分な活性を持つ、抗イディオタイプ抗体は得られていない。これは現在も精力的に実行しており、本年度中に完成の予定である。これらを、用いることができれば、MPGNI型、II型におけるNeFA,NeFCの腎への沈着の頻度や態度を知ることが可能となり、また、血清をHPLCにて分画して、血中における存在様式を知ることが出来る。
超伝導発現機構の解明・第1班高温超伝導

本「高温超伝導班」は、酸化物超伝導物性研究を主とした研究目的としている研究者から成る。これらは、超伝導物性、材料科学、X線、電子線、各種物性スペクトロスコピー、固体化学、単結晶製作など、多くの分野の研究者より成っている。そらに公募採択者を加えて一体になって研究を進めている。従って、酸化物超伝導体の超伝導発現機構についてのわが国の実験研究者のほとんどすべてを網羅している現状である。試料製作については、1)できるだけ大きな良質の単結晶、2)C軸配向度のよい良質薄膜及び3)多結晶セラミックスの3方面より研究を進めた。さらに試料のキャラクタリゼーション及び物性研究については、a)電気的、磁気的、熱的性質、b)NMR、μSR、メスバウアー効果、チャンネリング現象など、c)広い波長にわたる光学スペクトロスコピー、中性子分光、d)X線、電子線、中性子線などの結晶解析法など、多種多様の実験手段を用いた。特に本年度顕著であったのは十倉による酸化物超伝導物質の層状結晶構造に基づく基本構成ブロックの分類法の発見と、これに基づく新酸化物超伝導体の探索の成功である。加え秋光、庄野らも新超伝導体を発見した。これらのT_Cは数TKと期待程高くはないが、種々の新物質の発見、超伝導性の確認及び多種多様な物性の研究は、本年度研究のハイライトを形作っている。3月始に完成した英文研究報告書には、50篇以上の実験論文が集まりまた仙台で1月中旬開催した。第2回超伝導シンポジウムでは精選した内容の約20篇の実験研究が報告され、本年度研究の活発度を明確にした。現在第3最終年度にむけて発現機構の研究発展法をねりつつあり、さらに一段と進展が期待される。
ロバスト性をもつ多重パスメッセージ転送ネットワークの実現に関する研究

本年度の研究状況は以下のとおりである.●提案したモバイルエージェント間の位置透過な通信のためのMMFN(MMFN : multi-path message forwarding networks)に関して,1.モバイルエージェント・ネットワークシステムの構築2.メッセージ転送実験(実験継続中)3.既存のモバイルエージェント・ネットワークシステムの調査と比較・検討を行った.2.に関しては,実験はまだ完了しておらず,今後も学内,学外,道内,国内と通信範囲の規模を変化させてメッセージの伝送距離や伝送速度の異なる状況における実験を試みる.また,いくつかのホストで通信障害を起こして,本システムのロバスト性の確認を行うことも検討している.それらの結果を得た後,その性能評価を行う予定である.3.に関しては,転送モデルに限らない既存の他のモデル(探索モデル,登録モデル,ハイブリッドモデルなど)との定量的な比較実験を行い,それらのデータを検討(統計処理も含む)して適切な次数nの決定方法を考察する.次数nとは,モバイルエージェント間の位置透過な通信のためのMMFNは整数nで表される次数により分類され,n次のMMFNにおいては,故障ノード数が高々n個であるならば,すべてのノードからターゲットへのパスの存在が保証されるものである.●学会の研究発表を聴講させていただき,池のモバイルエージェント・ネットワークシステムについての研究動向を学んだ.本年度の研究成果,および得られた知見は以下のとおりである.1.ロバスト性をもつ多重パスメッセージ転送ネットワーク(MMFN)の数理モデルの構築モバイルエージェント間の位置透過な通信のためのMMFN(multi-path message forwarding network)を提案し,グラフ理論および論理システムに基づく厳密な数理モデルを構築した.各々のMMFNは整数nで表される次数により分類され,n次のMMFNにおいては,故障ノード数が高々n個であるならば,すべてのノードからターゲットへのパスの存在が保証されることを示し,MMFNはロバスト性(robustness)をもつことを明らかにした.本モデルは位置透過性をもつ既存の他の高性能なネットワークモデルのいずれかを置き換えようとするものではなく,既存のモデルに取り入れて,ネットワークのロバスト性を任意の次数にまで改善するために有効である.2.提案する数理モデルの検証(1)健全性,完全性の証明ネットワークの動的変化を記述する推論規則からなる論理システムLnを定義し,LnはMMFNのみ生成するという意味で健全である(sound)こと,およびすべてのMMFNは論理システムLnにより生成されるという意味で完全である(complete)ことを証明した.(2)論理システムLnの計算量Lnの時間計算量の上限と,Lnの領域計算量の上限を示した.次数nが与えられたとき、時間計算量は(ネットワークのノード集合の大きさに独立で)定数であり,領域計算量はネットワークのノード集合の大きさに比例する.本年度の研究状況は以下のとおりである.●ロバスト性をもつ多重パスメッセージ転送ネットワーク(MMFN)の構築1年目で提案したモバイルエージェント間の位置透過な通信のためのMMFN(MMFN : multi-path message forwarding networks)を実ネットワーク上に実現するために,モバイルエージェント・ネットワークシステムの構築を試みた(構築中:現段階未完成).具体的には,コンピュータおよびソフトウェアの準備,既存のモバイルエージェント・ネットワークシステムの調査と検討,システム構築のためのプログラミングなどを行った.今後,モバイルエージェント・ネットワークシステムの構築後,本提案モデルを実現して,以下のことを行う予定である.1.メッセージ転送実験をし,その性能評価を行う.学内,学外,道内,国内と通信範囲の規模を変化させてメッセージの伝送距離や伝送速度の異なる状況における実験を試みる.また,いくつかのホストで通信障害を起こして,本システムのロバスト性の確認を行う.2.転送モデルに限らない既存の他のモデル(探索モデル,登録モデル,ハイブリッドモデルなど)との定量的な比較を行うシミュレーション実験を徹底的に行い,その実験データを検討(統計処理も含む)して適切な次数nの決定方法を考察する.●学会の研究発表を聴講させていただき,他のモバイルエージェント・ネットワークシステムについての研究動向を学んだ.本年度の研究状況は以下のとおりである.●提案したモバイルエージェント間の位置透過な通信のためのMMFN(MMFN : multi-path message forwarding networks)に関して,1.モバイルエージェント・ネットワークシステムの構築2.メッセージ転送実験(実験継続中)3.既存のモバイルエージェント・ネットワークシステムの調査と比較・検討を行った.2.に関しては,実験はまだ完了しておらず,今後も学内,学外,道内,国内と通信範囲の規模を変化させてメッセージの伝送距離や伝送速度の異なる状況における実験を試みる.また,いくつかのホストで通信障害を起こして,本システムのロバスト性の確認を行うことも検討している.それらの結果を得た後,その性能評価を行う予定である.3.に関しては,転送モデルに限らない既存の他のモデル(探索モデル,登録モデル,ハイブリッドモデルなど)との定量的な比較実験を行い,それらのデータを検討(統計処理も含む)して適切な次数nの決定方法を考察する.次数nとは,モバイルエージェント間の位置透過な通信のためのMMFNは整数nで表される次数により分類され,n次のMMFNにおいては,故障ノード数が高々n個であるならば,すべてのノードからターゲットへのパスの存在が保証されるものである.●学会の研究発表を聴講させていただき,池のモバイルエージェント・ネットワークシステムについての研究動向を学んだ.
腎尿細管に於けるカルシウム再吸収の細胞学的機構の解明

1。ビタミンD欠乏ラット(D欠)、副甲状腺摘出ラット(PTX)、甲状腺副甲状腺摘出ラット(TPTX)を用いて腎皮質側底細胞膜Ca pump活性の1,25(OH)_2D_3および副甲状腺ホルモン(PTH)による調節機序を検討した。その結果、(1)D欠では正常に比しCa pump活性のVmaxが低下していたが、1,25(OH)_2D_3投与、またはCa補給による低Ca血症の補正により低下していたVmaxは正常化した。(2)D欠では血清PTH値が増加しており、Ca補給、1,25(OH)_2D_3の両者の補充によりPTHは正常化した。(3)TPTX,PTXいずれでもCa pumpに変化は見られなかった。(4)以上より、D欠ラットにおけるCa pump活性の低下は2次性副甲状腺機能亢進症によるもので、1,25(OH)_2D_3に直接的な効果は証明できなかった。2。腎皮質由来の側底細胞膜は近位尿細管(PT)と遠位尿細管(DT)の混在であることから、両者を分離し、各々のCa pump活性の相違を検討した。その結果、(1)フィコ-ル勾配法によりPT,DTを分離し、各々からBLMVを分離することに成功した。(2)DT由来のCapumpはCa^<2+>に対し極めて高い親和性(Km=42.6nM)をPT由来(Km=75.6nM)に比し有していた。(3)PTXによりDTではCa pump活性のKmが増加し、PTではそのVmaxが減少した。1,25(OH)_2D_3をPTXラットに投与してもこれらのCa pump活性の変化は修飾されなかった。(3)以上より、PTHはPTではCa pumpのVmaxを刺激し、DTではそのCa^<2+>に対する親和性を刺激することでCa pump活性の調節を行っていることが明らかになった。以前の皮質を用いた研究ではこれらの異なるCa pump活性の在入によりPTHの効果が明らかにならなかったが、二次性副甲状腺機能亢進症という病的に高いPTHがCa pump活性を抑制することも合目的的と考えられる。3。これらCa pumpに対するモノクロ-ナル抗体の作成は2度にわたって試みたがいまだ成功していない。1。2。3。「結果」(1)フィコ-ル濃度勾配によって8%w/v層にPTに富んだ尿細管(PTRF)が沈降し、1%と2%の中間層にDTに富んだ尿細管(DTRF)が沈降することが顕微鏡下で観察された。これらPTRFとDTRFはPTH感受性adenylate cyclase活性、ADH感受性活性の測定により各々の生理学的特徴を揃えていることが判った。(2)これら尿細管より各々パ-コ-ル勾配法により測底細胞膜(BLM)に富んだ細胞分画の分離に成功した。(3)皮質、PTRF、DTRF各々から得た測底細胞膜小胞(BLMV)のATP依存性^<45>Ca^<2+>取り込みを測定した。

その結果各々のVmax(nmole/60"/mg)は6.24、8.3、3.8であり、Caに対する親和性(Km)は各々31.5nM、75.6nM、42.6nMと明らかにDTのCaポンプの方がPTに比し細胞内Caに対してより敏感であることが明らかであった。(4)甲状腺副甲状腺摘出術(TPTX)により、PTRFではVmaxが4.76^+1.37(平均値+SD、n=7)シャムの9.18+2.37,n=5,p<0.005)に比し有意に減少したが、Kmに変化はなかった。一方、DTRFではVmaxはTPTXにより変化しなかったが、Km値がシャムのそれに比し有意に増加した。「考察」PTとDT各々より分離したCaポンプ活性には酵素学的相違が見られることがはじめて明かとなり、PTHに対する反応性の相違も明かとなった。この違いが、はたしてCaポンプ-ペプチドそのものの違いか、それとも膜特性の違いによるか今後の検討課題である。中心課題1:「目的」Ca pump活性の近位尿細管(PT)および遠位尿細管(DT)における調節機序の検討。「方法」オスSpragueーDawleyラットに選択的副甲状腺摘出術(PTX)を施行後72時間で腎を摘出した。この腎よりPTとDT由来の側底細胞膜小胞(BLMV)を分離した。BLMVによるATP存在下での^<45>Ca^<2+>取り込みを測定し、Ca pump活性とした。「結果」(1)PTにおけるCa pump活性はKmが81.6±28.7nM Ca^<2+>(平均±SD,n=8)と腎尿細管細胞内Ca^<2+>濃度に一致する値を示した。一方、DTにおいては35.1±16.1nMとはるかに低い値を呈した。(2)PTXによりPTではVmaxがシャムラットの9.08±2.21nmole/min/mgに比し4.68±0.99(n=6,p<0.05 by Anova)と有意に低値を示したが、Kmは変化しなかった。一方、DTではVmaxに変化はなかったがKmが93.1±11.0nMへ有意に増加した。(3)このPTXラットに1,25(OH)_2D_3を400pmo12日間腹腔投与して血清Ca値を正常化したところ、これらPTXによる変化に対する効果はいっさい見られなかった。「結論」遠位尿細管のCa pump活性は極めて高いCaに対する親和性を有し、細胞内を通過するCa再吸収を遂行するのに適した系であることが明かとなった。一方、近位尿細管では細胞内Ca濃度に一致した親和性を有するCa pumpでありCa再吸収を促進する系というよりhouseーkeeper的な役割に適していると考えられる。PTHはこれら両者のCa pump活性を異なる機序で刺激し、一方1,25(OH)_2D_3は直接的なCa pumpに対する効果を有しないと考えられた。中心課題2:「目的」Ca pumpに対するモノクロ-ナル抗体の作成。「方法」ラット腎皮質から分離した側底細胞膜でBALB/Cマウスを1次免疫した。スクリ-ニングは部分単離したCa pump蛋白を抗原としたWestern Blot法で施行した。「結果」1回目の実験では抗体を未だ得られていない。1。ビタミンD欠乏ラット(D欠)、副甲状腺摘出ラット(PTX)、甲状腺副甲状腺摘出ラット(TPTX)を用いて腎皮質側底細胞膜Ca pump活性の1,25(OH)_2D_3および副甲状腺ホルモン(PTH)による調節機序を検討した。
レアメタル分離に疎水基―金属配位水反発を利用した大環状ホスト分子含有樹脂の開発

トリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーンを基本母体とする抽出試薬、イオン交換樹脂、イオン選択性センサーを開発した。リチウム選択性の発現理由として当初は疎水ー親水反発を考えていたが、溶媒抽出の検討結果から、リチウムの未脱水和水と抽出試薬との水素結合が関わることが示唆された。水素結合の影響が大きな含浸樹脂ではリチウム選択性を示したが、水素結合の影響が低いメチレン架橋型樹脂では選択性が消失した。イオン選択性電極素子として利用した場合には水素結合の影響は大きいと考えられ、リチウム選択性を保持する結果となった。レアメタルの個別分離剤の開発のために、大環状ホスト化合物であるカリックス[4]アレーン誘導体を母体とする抽出試薬、ならびにカリックス[4]アレーン誘導体を含有するメチレン架橋型樹脂の開発を行った。分離剤開発の概念として、申請者は分離剤の疎水基が錯体を形成する際に金属イオンに残存する配位水と反発して分離能を発現しているメカニズムを提案している。平成25年度は抽出試薬としてアルキル鎖が異なる4種のトリアルキルーモノ酢酸型p-t-オクチルカリックス[4]アレーンを、メチレン架橋型樹脂としてp-位を脱アルキル化したトリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン樹脂を調製し、アルカリ金属イオン類の抽出挙動と吸着挙動について検討した。各分離剤の調製は、原料のp-t-オクチルカリックス[4]アレーンおよび脱ブチル型カリックス[4]アレーンからO-トリアルキル化、エステル導入、加水分解の3段階反応により行った。これら分離剤によるアルカリ金属イオンの抽出および吸着はpH依存性を示し、イオン交換によって取り込まれることが明らかとなった。選択性については、抽出では5つのアルカリ金属イオンのうち明確なリチウム選択性が観察された一方で、樹脂として吸着を行った場合には、セシウム選択性を示す結果となった。ナトリウムイオンを鋳型として合成されるカリックス[4]アレーンがリチウムイオン選択性を示すことは意義深く、導入するアルキル鎖の立体障害はナトリウムに対するリチウムの選択性に大きく影響することが分かった。樹脂の方では最も大きなセシウムに選択性を示し、他の4つのイオンについてはほぼ同様の選択性を示したことから、脱水和の影響がアルカリ金属イオンに対する選択性に大きく関わっていると考えられる。抽出挙動についてリチウムとナトリウム充填後のNMRスペクトルにより関与する配位部位とアルキル鎖の影響を検討した。レアメタルの個別分離は資源リサイクルの観点から重要である。本研究では、レアメタルの分離剤の開発のために、大環状化合物であるカリックス[4]アレーン誘導体に着目して研究を行った。以前の研究で、ジアルキルージ酢酸型p-t-オクチルカリックス[4]アレーン誘導体によるアルカリ金属の抽出について、ナトリウム>リチウム>カリウムの選択性を示し、またリチウム、ナトリウム、カリウムとイオンが大きくなるにつれて化学量論が2:1,3:2,1:1(イオン:抽出剤)と変化し、導入したアルキル鎖が金属の選択性や化学量論に大きく関与していることを明らかとした。さらに、トリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体ではリチウム選択性を示すことを明らかとした。カリックス[4]アレーンがナトリウムを鋳型にして合成されることを考えるとこの選択性は興味深い。本研究ではこれを踏まえ、トリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体を含有するイオン交換樹脂の開発を行った。また、申請者は分離剤開発の概念として、分離剤の疎水基が錯体を形成する際に金属イオンに残存する配位水と反発して分離能を発現しているメカニズムを提案しており、この検証を行った。また、リチウム選択性を示した結果の応用の一環として、トリアルキルーモノアミド型カリックス[4]アレーン誘導体を検出素子とするリチウム選択性電極の作成と能力評価も行った。さらに、カリックス[4]アレーン誘導体同士を2つ連結した新規分子を合成し、アルカリ金属とアルカリ土類金属イオンに対する抽出選択性について検証し、アルカリ金属ではリチウム選択性を示すことを、アルカリ土類金属イオンに対しては明確な選択性が得られないことを明らかとした。本研究では、レアメタルの分離剤の開発のために、大環状化合物であるカリックス[4]アレーン誘導体に着目して研究を行ってきた。以前の研究で、トリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体のほとんどの誘導体では、アルカリ金属のうちリチウム選択性を示すことが明らかとされたが、より立体障害の大きな誘導体ではカリックス[4]アレーンの合成の際に鋳型として利用したナトリウムに選択性が戻ることが明らかとなった。さらに、それら誘導体を含浸した樹脂でも同様な選択性を示したが、メチレン架橋した樹脂では脱水和の影響を多く受けるためにセシウム選択性を示し、リチウム選択性が観られなくなった。これらを踏まえ、当初考えていた金属に残った水和水とアルキル鎖の疎水基との反発が起こる、という概念で説明するには限界があり、別の理由があることが示唆され、研究を進めた。各誘導体による抽出、各樹脂による吸着、また類縁体としてトリプロピルやトリベンジルーモノN,N-ジエチルアミド型カリックス[4]アレーン誘導体を検出素子とするリチウム選択性電極による電位応答の結果から、リチウム選択性は、リチウムイオンと配位子が錯形成する際に、リチウムに残った水和水と配位原子との間で水素結合などの特異的な親和性が生じていることが示された。トリアルキルーモノ酢酸型カリックス

[4]アレーンを基本母体とする抽出試薬、イオン交換樹脂、イオン選択性センサーを開発した。リチウム選択性の発現理由として当初は疎水ー親水反発を考えていたが、溶媒抽出の検討結果から、リチウムの未脱水和水と抽出試薬との水素結合が関わることが示唆された。水素結合の影響が大きな含浸樹脂ではリチウム選択性を示したが、水素結合の影響が低いメチレン架橋型樹脂では選択性が消失した。イオン選択性電極素子として利用した場合には水素結合の影響は大きいと考えられ、リチウム選択性を保持する結果となった。一連の研究により、トリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体を抽出試薬として用いた際にはリチウム選択性を示すことが明らかとなり、このトリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体を多孔性樹脂に含浸したイオン交換樹脂では同様にリチウム選択性を示したが、カリックスアレーン同士をメチレン架橋した樹脂では、セシウム>リチウム>ルビジウム=カリウム>ナトリウムのアルカリ金属選択性となり、脱水和しやすさとイオンサイズの両方が混合した選択性を示すことが分かった。このことから抽出とイオン交換での金属イオンの水和状態などによって、選択性が大きく異なるという新たな知見が得られた。また、当初は、リチウム選択性について、分離剤の疎水基が錯体を形成する際に金属イオンに残存する配位水と反発して分離能を発現しているというメカニズムを提唱していたが、リチウムを抽出する際にカリックスアレーンが大きく歪んだままであることから,他の要素が関与している可能性が示唆された。トリアルキルーモノアミド型カリックス[4]アレーン誘導体を検出素子とする電極についてもリチウム選択性を示すことが明らかとなっており、研究の遂行については良好であると判断する。また、カリックス[4]アレーン誘導体同士を2つ連結した新規分子を用いた抽出結果から、導入したトリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体の選択性が強く現れていることが明らかとなっており、一連の結果から様々な知見が得られ,今後の展開に大きな指針を与えた。分離工学(金属資源リサイクル)当初はトリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体のリチウム選択性は金属錯体を形成する際に疎水基が金属イオンに残存する配位水と反発して分離能を発現していると考えていたが、得られた結果に基づいておそらくそうではない、という確信に近い予想がある。得られた結果と予想を活かして今後の研究推進を行っていく予定である。何故、ナトリウムを鋳型にして合成されるカリックス[4]アレーンがトリアルキルーモノ酢酸型カリックス[4]アレーン誘導体に修飾することでリチウム選択性を示すのか、について検証を続け、より良い抽出試薬・イオン交換樹脂・リチウム選択性電極の開発につながるように研究を進める。また、リチウムやナトリウムとの錯体の構造を明らかにする。さらにこの研究成果に基づいて、他の金属イオン認識のための分離剤の分子設計に関する一般的な知見が構築できるよう努める。
男性不妊とART後の流産におけるインプリント遺伝子のDNAメチル化の解析

不妊症男性精子97例と様々なART治療後の流産検体78例のメチル化インプリント(7領域)の解析を行い、それぞれ、24.7%、21.7%に異常を認めた。アンケート調査では、低出生体重児が多く、探索と社会指数が低い児が多い傾向がみられた。今後ARTを用いた不妊治療は増加する事が予想される、安全性や危険性について評価するために、さらに症例を増やして解析する必要がある。【具体的内容】・検体の登録:精液検査を受けた患者の精子(現在までに97症例本年度50症例)でほぼ100%に達した。精液検査により正常群と異常群(乏精子症;18症例)に分類し年齢、既往歴、生活歴、常用薬等の患者情報を登録した。精子は体細胞の混入がないように、swim-up法にて精子細胞のみを回収し、DNAを抽出した。・インプリント遺伝子のDNAメチル化解析:卵子型インプリント(LIT1,ZAC,PEG1,PEG3)と精子型インプリント(H19,RASGRF1,GTL2)の7種類について、Bisulphite(BS)-PCR法でDNAメチル化について解析した。メチル化の定量はCOBRA法とシークエンス法で行った。コントロールには末梢血DNAを用いた。精子におけるメチル化解析の結果:97検体中、24検体(24.7%)でそれぞれ13遺伝子のメチル化に異常が確認された。遺伝子別にみると、14.4%(14/97)が父方メチル化の異常を持っており、20.6%(20/97)が母方メチル化遺伝子に異常を持っていた。その中で、父方、母方両方に異常を持っているのは45.8%(11/24)であった。また、精子濃度との関係を調べてみたところ、5×10^6/ml以下(乏精子症)の群で83%(5/6)が、2種以上の遺伝子に異常を持つことが確認された。【意義】IVF-ETやICSIなどに用いる不妊症精子および流産産物のインプリント遺伝子のメチル化の解析を行い、異常の頻度、程度、影響を受けやすい遺伝子の有無に関する検討を行うことが学術的な特色で、独創点でもある。ART治療後の出生児について、出生時状況調査と1歳半と3歳児検診時における発育・発達調査によるインプリント異常の後方的分析はインプリント病の現状の把握となり意義は大きい。【重要性】また本成果は今後ARTを用いた不妊治療の安全性や危険性について評価される点で非常に重要である。【具体的内容】前年度、不妊症精子97検体中、24検体(24.7%)にインプリント遺伝子のメチル化に異常が確認された。この精子の異常が、受精以降伝達され先天性疾患を起こす原因となるのかART後の流産検体を用い解析した。●ART後の流産検体の登録:不妊治療後の流産絨毛78検体と患者情報を登録しDNAを抽出した。●インプリント遺伝子のDNAメチル化解析:卵子型インプリント(LIT1, ZAC, PEG1, PEG3, SNRPN)と精子型インプリント(H19, GTL2)の7種類について、Bisulphite(BS)-PCR法でDNAメチル化について解析した。コントロールには精子DNAを用いた。●流産におけるメチル化解析の結果: 78検体中、17検体(21.8%)でメチル化に異常が確認された。遺伝子別にみると、H19 : 5例,GTL2 : 2例(以上精子型)LIT1 : 4例, ZAC : 1例, PEGI : 1例, PEG3 : 1例, SNRPN : 0例(以上卵子型)であった。そのうち、精子、卵子両方に異常を持っているのは25.0%(6/24)であった。また、精子濃度との関係を調べてみたところ、5×10^6/ml以下(高度乏精子症)の群で53%(8/15)が、異常を示すことが確認され、不妊症精子同様に、ART後の流産検体でも精子性状との関連性が示された。今後さらに精液所見との関連について詳細に検討する。【意義】IVF-ETやICSIなどに用いる不妊症精子および流産産物のインプリント遺伝子のメチル化の解析を行い、異常の頻度、程度、影響を受けやすい遺伝子の有無に関する検討を行う。また、ART治療後の出生児についての後方的分析はインプリント病の現状の把握となり社会に及ぼす意義は大きい。【重要性】また本成果は今後ARTを用いた不妊治療、とくに男性精子の安全性や危険性について評価され、次世代の子供の疾患を予防する点で非常に重要である。【具体的内容】本研究では、ART(生殖補助医療)とインプリント異常の関連を明らかにするため、以下の3項目を明らかにした。1)男性不妊(乏精子症を含む)精子のDNAメチル化解析

2)不妊治療後の流産検体のメチル化解析3)ART出生児の出生・発育調査【結果】1)不妊症精子におけるメチル化インプリントの解析:不妊症精子97検体中、24検体(24.7%)にインプリント遺伝子のメチル化に異常が確認された(精子14.4%、卵子20.6%;両方45.8%)。また、異常の頻度は精液所見と相関し、重症乏精子症の60%は異常を呈した。2)ART後の流産におけるメチル化解析:78検体中、17検体(21.8%)でメチル化に異常が確認された。精子、卵子両方に異常を持っているのは25.0%(6/24)であった。乏精子症で53%(8/15)が、異常を示すことが確認され、不妊症精子同様に、ART後の流産検体でも精子性状との関連性が示された。3)ART出生児の発育・発達の関する後方的分析:ART出生児の両親817名のアンケート調査を集計した。特徴として1)低出生体重児が多い傾向が見られたが身体的な発育は生後数ヶ月で回復していた。2)ICSI児で、探索と社会指数が低い児が多く認められたが親の関与が強いことも影響する。3)ART児の奇形率は3.1%で有意差がない。【意義】ARTとインプリント異常の関連性が予想され、社会的な影響も考慮しなければならない。このARTによるリスクは、患者が一般の集団とは異なる特殊な集団であるため、その評価は単純ではない。精度の高い評価には、正確な診断と細分化した解析が重要で、その結果を裏付ける科学的根拠が必要である。【重要性】今後ARTを用いた不妊治療、とくに男性精子の安全性や危険性について評価され、次世代の子供の疾患を予防する点で非常に重要である。
炭素を鍵とした核・マントル分化過程の解明

地震学的観測及び高圧実験から、地球中心核の密度はその主成分である純鉄に比べ10%程度低い。すなわち、この10%の密度欠損を説明し得る量の軽元素が核に含まれている。現在までに様々な元素(H,S,O,Si,C)が核軽元素として提案されてきた。これまで多くの研究者はH、Cが核に存在することに否定的な立場を取ってきた。しかし、惑星形成理論に基づいて考えると地球中心核に含まれる軽元素の候補として炭素・水素に関する研究が重要である。そこで本研究では、水素及び炭素に着目し、鉄水素化物及び鉄炭化物の高圧相平衡関係を実験的に明らかにすることを目的とした。これまでに行った、Fe-C系の融解実験の結果(Nakajima et al.,in press PEPI)、10GPa以上の高圧下ではFe_3C相はFe_7C_3と溶融鉄に不一致融解する。さらに、マルチアンビル装置及びダイアモンドアンビルセルにより行われた70GPaまでの圧縮実験結果より、Fe_3C、Fe_7C_3の熱弾性パラメータを決定した。これらのパラメータを用い熱力学的に検討したところ、内核圧力下においてFe_3Cに比べFe_7C_3の安定性が増加しFeと共融系を成す可能性が示された。従って炭素を含む外核(鉄合金メルト)から結晶化する内核にはFe_7C_3が主成分として含まれる可能性がある。仮に内核が純粋なFe_7C_3でできているとすると、予想される密度と地震学的観測から得られる密度は温度3600Kの時に一致する。この温度は内核・外核境界に関する従来の見積もりと比較し大幅に低温である。しかしながら、これまでの我々の結果(Nakajima et al.,2007 AGU Fall meeting abst.;Sakamaki et al.,in press PEPI)から、炭素と水素が多く核中に存在した場合にその温度(鉄合金メルト)はこれまでの予想よりも1000K以上低温であると予想され、これと調和的である。地球中心核は主に鉄から構成されており、地震学的観測及び高圧実験から10%の軽元素を含んでいると考えられている。核軽元素を明らかにすることは地球形成過程、地球全組成、及び現在の地球ダイナミクスを理解する上で重要である。現在までに様々な元素(H, S, O, Si, C)が核軽元素として提案されてきた。しかし、宇宙存在度、鉄との親和性が高いにもかかわらず、これまで炭素についての研究は特に不足している。そこで私は、炭素の可能性を明らかにすることを目的とする。高圧下における鉄-炭素系の相平衡関係は、本目的を達するに於いて基礎的な情報である。そこで先ず、Fe_3C(6.7wt.%C)組成における、高温高圧下での融解関係を圧力28GPa、温度2000°Cまで明らかにした。放射光施設SPring-8に設置されている川井式マルチアンビル装置を用い、X線回折その場観察実験を行った。得られたX線回折パターンより、20-28GPaではFe_7C_3相(8.4wt.%C)がリキダス相として安定であることが明らかになった。過去の熱力学計算(Wood, 1993)では、高圧(>15GPa)ではFe_3C相がリキダス相であると予想され、液体外核に炭素が存在するならば、固体内核はFe_3C相である可能性が示唆された。しかし、今回の実験結果に基づくと、Fe_7C_3相が内核構成物質である可能性が強く示唆される。さらに、Fe_7C_3相が内核構成物質である可能性を検証するため、ダイヤモンドアンビル装置を用い、Fe_7C_3相の圧縮実験を70GPaまで行った。その結果、体積弾性率K=212(6)GPa、その圧力微分K'=4.4(3)が得られた。得られた弾性定数を用い、地球中心核圧力条件でのFe_7C_3密度を見積もると、固体内核密度と一致する。このことは、Fe_7C_3相が、密度の観点から、地球核構成質である可能性を強く示唆する地震学的観測及び高圧実験から、地球中心核の密度はその主成分である純鉄に比べ10%程度低い。これまでに地球中心核の組成を明らかにするために、鉄と様々な軽元素間での相平衡間系が研究されてきたが、H及びCについてのものは大変に少ない。高圧下X線回折その場観察実験にはBL04B1に設置されている川井型マルチアンビル高圧発生装置SPEED-IIを用いた。鉄-水素化合物、fcc-FeHxについて25GPa、鉄-炭素化合物Fe_3Cについて29GPaまでそれぞれ実験を行った。Fcc-FeHxは1GPa以上でのみ存在し、一気圧への回収が困難なため、高圧下での挙動はあまり理解されていない。本研究の結果、10GPa以上でfcc-FeHxは化学量論組成に達し、少なくとも25GPaまで、水素の最大固溶量に変化はなかった。

また、Fe3Cについても29GPaまで、構造的に安定であることを確認した。これらのことを踏まえ、それぞれの物質について融解実験を行い、fcc-FeH、Fe_3Cの融解曲線を20GPa及び29GPaまで決定した。その結果、本実験圧力範囲においてfcc-FeH、Fe_3Cの融点は700K、400K程度純鉄より低いことが明らかになった。この結果を熱力学的に地球中心核圧力へと外挿した結果、水素及び炭素が地球中心核に含まれている場合、これまでFe-S-O系の融解曲線より予測されてきた核の温度4250K(Boehler,1996)より著しく低い可能性が示唆される。地震学的観測及び高圧実験から、地球中心核の密度はその主成分である純鉄に比べ10%程度低い。すなわち、この10%の密度欠損を説明し得る量の軽元素が核に含まれている。現在までに様々な元素(H,S,O,Si,C)が核軽元素として提案されてきた。これまで多くの研究者はH、Cが核に存在することに否定的な立場を取ってきた。しかし、惑星形成理論に基づいて考えると地球中心核に含まれる軽元素の候補として炭素・水素に関する研究が重要である。そこで本研究では、水素及び炭素に着目し、鉄水素化物及び鉄炭化物の高圧相平衡関係を実験的に明らかにすることを目的とした。これまでに行った、Fe-C系の融解実験の結果(Nakajima et al.,in press PEPI)、10GPa以上の高圧下ではFe_3C相はFe_7C_3と溶融鉄に不一致融解する。さらに、マルチアンビル装置及びダイアモンドアンビルセルにより行われた70GPaまでの圧縮実験結果より、Fe_3C、Fe_7C_3の熱弾性パラメータを決定した。これらのパラメータを用い熱力学的に検討したところ、内核圧力下においてFe_3Cに比べFe_7C_3の安定性が増加しFeと共融系を成す可能性が示された。従って炭素を含む外核(鉄合金メルト)から結晶化する内核にはFe_7C_3が主成分として含まれる可能性がある。仮に内核が純粋なFe_7C_3でできているとすると、予想される密度と地震学的観測から得られる密度は温度3600Kの時に一致する。この温度は内核・外核境界に関する従来の見積もりと比較し大幅に低温である。しかしながら、これまでの我々の結果(Nakajima et al.,2007 AGU Fall meeting abst.;Sakamaki et al.,in press PEPI)から、炭素と水素が多く核中に存在した場合にその温度(鉄合金メルト)はこれまでの予想よりも1000K以上低温であると予想され、これと調和的である。
血管内皮細胞NO合成酵素の循環調節における意義-遺伝子工学的手法を用いて

1.NO合成酵素の過剰発現マウスの作成生体内でのL-アルギニン-NOカスケードの役割、および種々の病態における意義を解明することを目的とし、内皮構成型NO合成酵素(NOS)の過剰発現マウス(トランスジェニックマウス)の作成を行なった。心血管系に特異的発現をもたらすと報告されているエンドセリン1-プロモーター(9.1kB)の下流にウシ大動脈内皮型NOS(beNOS)cDNA(4.1kb)をくみ込み、発生工学的手法を用いて3系統のトランスジェニックマウスを作成した。mRNAの発現はRNase protection assay法を用いて検討し、トランスジェニックマウスにおいてbeNOS特異的なmRNAを大動脈をはじめ、心、肺等主要臓器に認めた。NOS蛋白発現量の変化については、immunoblottingにて大動脈および肺で明らかに増加していることを確認した。免疫組織学的検討にて、この発現は血管内皮細胞に限局しており、しかも内因性マウス内皮型NOSと同じく細胞膜分画に認められた。この発現増加と一致して、3H-arginineから3H-citrullineへの変換にて測定したNOS活性も大動脈膜分画にてCa^<2+>依存性に約9倍増加していた。2.NO合成酵素過剰マウスにおける血管反応性の検討NOS過剰発現マウスの胸部大動脈の等尺性張力を測定し、内皮依存性血管弛緩反応の程度をコントロールマウスと比較した。acetylcholine,ATPγSによる内皮依存性血管弛緩反応は、予想に反しbeNOS過剰発現マウスにおいて明らかに減弱していた。現在さらに種々の血管作動物質に対する血管反応を検討中である。2.NO合成酵素過剰発現マウスにおける血管反応性の検討NOS過剰発現マウスの胸部大動脈の等尺性張力を測定し、内皮依存性血管弛緩反応の程度をコントロールマウスと比較した。
オートファジーの機能形態学的基盤－隔離膜生成機構の解明に向けて

本研究はオートファジー隔離膜の初期構造の同定を目的とした。アミノ酸飢餓誘導によるオートファジーの解析は他グループから発表されたため、対象をマイトファジーに絞った。その結果、鉄欠乏誘導性マイトファジーにおいて、ミトコンドリア表面における隔離膜伸長がミトコンドリアの部分隔離に重要であること、および近傍の小胞体が前駆体となる可能性を示すことができた。また、隔離膜の構造を走査型電子顕微鏡で観察することに成功し、次の研究に繋げることができた。さらに、創傷治癒過程の線維芽細胞および癌カヘキシアで見られる萎縮筋線維において、オートファジー・リソソーム分解系が重要な働きを担うことを示唆した。(1)隔離膜初期構造体の形態解析:分子指標としてUlk1, Atg14L, WIPI1を選択し、これら分子のN末端側にGFPを付加したcDNAを構築した。レンチウイルスベクターを用いてマウス胎仔線維芽細胞(MEF)に遺伝子導入を行い、ゲノムに組み込まれた安定発現株を作製した。アミノ酸欠乏培地でオートファジーを誘導したところ、小胞体近傍に点状あるいはカップ状の形態を認め、これらは隔離膜マーカーであるAtg16Lと共局在していた。また、超解像顕微鏡を用いた解析から点状の局在は特殊形態を示したため、今後電子顕微鏡解析に応用可能であると判断した。(2)電子顕微鏡レベルの3次元解析:隔離膜、IMAT、小胞体、ミトコンドリアの3次元的位置関係を解析するためにオスミウムマセレーションを応用した走査電顕観察に着手した。旭川医科大学の甲賀博士との共同研究の結果、Atg3欠損MEFにおける同法の条件設定を行い、隔離膜あるいはオートファゴソームに関連する構造の同定に成功した。(3)新規実験系の導入:選択的オートファジーにおける隔離膜形態を解析する目的でGFP-p62ノックインMEFを用いた実験系を開発した。亜ヒ酸による酸化ストレスからの回復過程で可溶性GFP-p62あるいはGFP-p62陽性凝集体がオートファジーにより処理される過程を追跡できることが分かった。また形態解析に繋がる新たな試みとして、ゴルジ局在型クラスリンアダプターであるGGAとオートファジーの関連を探った。その結果、GGAノックダウンによりオートファジー隔離膜形成初期因子の発現変化を見出した。この結果は、GGAがオートファジーに何らかの関連性がある事を示唆する。(1)隔離膜初期構造体の探索ツールとして、関連分子にGFPを付加したものを安定に発現するMEFの作製に成功した。これによりcorrelative light-electronmicroscopy(CLEM)法や免疫電顕法に進むことが可能となり、隔離膜初期構造体の同定に向けて確実な進捗が得られたため。(2)また、上記プロジェクトの進捗が滞る場合を想定して、形態解析に繋がる新たな実験系の模索を始めた。その中で酸化ストレスによる選択的オートファジーやゴルジ局在型クラスリンアダプターとの接点が見出され、今後の展開が期待できたため。(1)隔離膜初期構造体の形態解析:GFP-Ulk1を安定発現するマウス胎仔線維芽細胞(MEF)においてアミノ酸飢餓によりオートファジーを誘導し、光学ー電子顕微鏡相関解析を行った。その結果、隔離膜初期構造体と推測できる特殊形態を観察した。しかし、2016年8月に他の研究グループにより類似成果が発表されたため、急遽マイトファジーで見られる初期隔離膜構造に焦点を当てることとした。そのため、ミトコンドリアと隔離膜を同時に可視化できるツールとして共同研究者よりmito-mCh/EGFP-LC3Bを安定に発現するHela細胞を入手するとともに、Deferiproneによるマイトファジーの誘導実験系を確立した。(2)電子顕微鏡レベルの3次元構造解析:昨年度に引き続き、オスミウムマセレーション法を走査型電子顕微鏡に応用し、野生型MEFおよびAtg3欠損MEFを用いて飢餓誘導による隔離膜の観察を行った。大きな進捗として数回の実験を経て試料調整法が安定化した。観察を進める中で隔離膜様構造が多数見つかったものの、明確な同定が困難であることが課題として残った。来年度は免疫ラベル法を応用する予定である。(3)新規実験系の導入:形態解析を組織内細胞へ展開するために、癌カヘキシアにより誘導される筋組織内オートファジーの実験系を確立した。また、Atg2欠損細胞を用いてアミノ酸飢餓誘導を行い電子顕微鏡解析したところ、既に報告されている巨大凝集構造のみならず、伸張過程にある隔離膜を見出すことができた。来年度はこの隔離膜構造の詳細を分析する。(1)GFP-Ulk1やmito-mCh/EGFP-LC3Bを用いた光学ー電子顕微鏡相関解析の成果が出始めると共に、数名の研究員が関与する実験法が軌道に乗ったため。(2)走査型電子顕微鏡を用いた解析について、旭川医大との連携により安定した形態像を得ることができるようになったため。(3)カヘキシアにおける筋組織やAtg2欠損細胞など、新たな実験系を確立することができたため。(1)電子顕微鏡と光学顕微鏡による隔離膜初期形成部位の探索:(1-1)mito-mCherry/GFP-LC3Bを安定に発現するHeLa細胞において、deferiprone投与によるマイトファジーの誘導実験系を行い、光学ー電子顕微鏡相関(CLEM)解析を行った。その結果、ミトコンドリアの隆起部分に対応して隔離膜が近接する様子を捉えることに成功した。

また、これら膜が近傍の小胞体に由来することを示唆する結果も得た。これら結果は、鉄欠乏誘導性マイトファジーにおいて、ミトコンドリア表面における隔離膜伸長が重要であることを示す。本成果は学会で報告した。(1-2)オスミウム浸軟法を走査型電子顕微鏡(SEM)に応用し、野生型MEFを用いて飢餓誘導による隔離膜の観察を行った。その結果、典型的な隔離膜構造を同定することに成功した。本方法がオートファジー特異的な3次元微細構造の同定に貢献できることを示唆する。(1-3)ヒト癌細胞株移植マウスの腓腹筋において、オートファジーマーカーであるLC3陽性顆粒およびp62陽性顆粒が増加することを見出し、オートファジーリソソーム分解系が癌カヘキシア病態に密接に関わることを論文発表した。(2/3)分子指標を用いた隔離膜形成関連分子の機能解析:ラット創傷治癒モデルにおいて、LC3陽性顆粒が増殖分化に関連して一過性に増えることを論文報告した。また、高浸透圧ストレス刺激によりオートファジーが誘導されること、このオートファジーが通常とは異なる細胞内シグナル系が関与することを学会報告した。さらに、免疫SEMの開発に着手し、膜の保存を損なうことなく抗体を透過させる手法を確立した。本研究はオートファジー隔離膜の初期構造の同定を目的とした。アミノ酸飢餓誘導によるオートファジーの解析は他グループから発表されたため、対象をマイトファジーに絞った。その結果、鉄欠乏誘導性マイトファジーにおいて、ミトコンドリア表面における隔離膜伸長がミトコンドリアの部分隔離に重要であること、および近傍の小胞体が前駆体となる可能性を示すことができた。また、隔離膜の構造を走査型電子顕微鏡で観察することに成功し、次の研究に繋げることができた。さらに、創傷治癒過程の線維芽細胞および癌カヘキシアで見られる萎縮筋線維において、オートファジー・リソソーム分解系が重要な働きを担うことを示唆した。(1)まずは、GFP-Ulk1, GFP-Atg14L, GFP-WIPI1を安定に発現するマウス胎仔線維芽細胞(MEF)を用いたCLEM法と免疫電顕解析を進めることにより、隔離膜初期構造体を捉える事に主眼を置く。(2)次に電顕解析に繋がる培養細胞を用いた実験系について、各種オートファジー関連分子の局在変化や生化学的解析を進め、様々な観点から見出した現象の分子メカニズムを解析する。(3)さらに、マウス、ラットなどの実験動物を用いた解析系の開発に着手する。(1)隔離膜の初期構造体解析はマイトファジーに焦点を絞り、光学ー電子顕微鏡相関解析を行う。(2)走査型電子顕微鏡を用いた隔離膜の観察については、免疫ラベル法を開発する。(3)カヘキシアにおける筋組織やAtg2欠損細胞、およびオメガソーム近傍に局在すると考えられるFAM134B-GFPを用いた解析を進める。(4)最終年度であることを考慮して、成果の論文化を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。細胞生物学、人体組織学29年度が最終年度であるため、記入しない。
高分子半導体/無機半導体のナノ界面形成とETA型太陽電池を目指した光電子物性研究

無機半導体ナノ粒子の形成する界面は,バルク半導体材料とは異なり,多孔質・大面積であり,TiO_2系に代表されるような湿式色素増感太陽電池への応用が展開されている。ナノポーラスTiO_2系有機太陽電池の実用化においては全固体化が課題となっており,その一つとしてETA (Extremely Thin Absorber)型太陽電池が検討されている。これは,TiO_2とp型半導体の形成するp-n接合ナノ界面に吸着した色素分子の光誘起電荷分離を利用するものである。このようなヘテロ接合ナノ界面型の光電変換素子の特性には,種々の界面の特性が複雑に影響を与えており,それら界面の特性の解明が不可欠である。本研究では,ナノポーラス酸化チタン/高分子半導体ヘテロ接合からなる2層型素子の光電変換特性についての検討を行った。高分子半導体としてはポリチオフェンやポリシラン系を用い,光電変換特性の測定は,周期的な光照射下での電流-電圧特性を測定するフォトボルタンメトリーによって行った。素子の光電変換特性においては顕著な測定時の雰囲気の影響が観測され,その原因を明らかにするために,光照射下でのセルの吸収スペクトルのin situ測定を行った。その結果から,真空下での開回路電圧の低下は,光照射後に空間電荷層に残存するトラップされたキャリアによる拡散電位の低下に起因することが示唆された。このようなナノ界面でのキャリアトラップの機構を化学構造的な見地から明らかにするため,酸化チタンの種々クラスターモデルに対する分子軌道計算を行い,その電子状態を検討した。また,ラマンスペクトルの測定から,ナノポーラス酸化チタン表面の化学構造を明らかにした。さらに,高分子半導体のナノ界面への吸着構造は光電変換特性に顕著な影響を及ぼすことから,発光分光法によるナノ細孔構造に吸着した高分子半導体鎖の光電子物性についての検討を行った。本研究では,高分子半導体/光吸収体(色素)/無機半導体ナノ粒子薄膜系におけるナノ界面の光電子物性を明らかにし,高変換効率を有するETA(Extremely Thin Absorber)型固体太陽電池の実現を目指す。ETA型太陽電池では,非常に大きな実効表面積を有するETA層において光励起が起こり,それによって生じた電子・ホールがp-n接合ナノ界面の拡散電位によって再結合が抑えられ,効果的な電荷分離が行われる必要がある。今年度は,透明電極上に形成したナノサイズ酸化チタン焼成膜上に,種々金属や高分子半導体の薄膜を形成し,それらナノ接合界面の光電子物性を明らかにすることを目的とした実験を行った。TiO_2/Auのショットキー接触型ナノ界面においては,光導電性における顕著な雰囲気の影響が現れ,真空度に相関した光導電性の増加が観察された。これには,非常に大きな実効表面積を有するナノ界面での電子・ホールのトラップにおける酸素の影響が考えられる。TiO_2と高分子半導体であるpoly(3,-ethylenedioxythiophene)(PEDOT)とのP-n接合ナノ界面においては,顕著な整流性とPEDOTからTiO_2へのキャリア注入によるAu/TiO_2接合界面に比べて大きな順方向電流が観測された。色素としてルテニウムN3 dyeを用いた光電特性の観測においては,TiO_2/dye/Au構造のセルに比べてTiO_2/dye/PEDOT/Au構造のセルは3桁以上大きな光電流を示した。この結果は,TiO_2/PEDOTのP-n接合ナノ界面の拡散電位によって,光誘起電荷分離過程が促進されることを示している。

無機半導体ナノ粒子の形成する界面は,バルク半導体材料とは異なり,多孔質・大面積であり,TiO_2系に代表されるような湿式色素増感太陽電池への応用が展開されている。ナノポーラスTiO_2系有機太陽電池の実用化においては全固体化が課題となっており,その一つとしてETA(Extremely Thin Absorber)型太陽電池が検討されている。これは,TiO_2とp型半導体の形成するp-n接合ナノ界面に吸着した色素分子の光誘起電荷分離を利用するものである。このようなヘテロ接合ナノ界面型の光電変換素子の特性には,種々の界面の特性が複雑に影響を与えており,それら界面の特性の解明が不可欠である。本研究では,ナノポーラス酸化チタン/高分子半導体ヘテロ接合からなる2層型素子の光電変換特性についての検討を行った。高分子半導体としてはポリチオフェンやポリシラン系を用い,光電変換特性の測定は,周期的な光照射下での電流-電圧特性を測定するフォトボルタンメトリーによって行った。素子の光電変換特性においては顕著な測定時の雰囲気の影響が観測され,その原因を明らかにするために,光照射下でのセルの吸収スペクトルのin situ測定を行った。その結果から,真空下での開回路電圧の低下は,光照射後に空間電荷層に残存するトラップされたキャリアによる拡散電位の低下に起因することが示唆された。このようなナノ界面でのキャリアトラップの機構を化学構造的な見地から明らかにするため,酸化チタンの種々クラスターモデルに対する分子軌道計算を行い,その電子状態を検討した。また,ラマンスペクトルの測定から,ナノポーラス酸化チタン表面の化学構造を明らかにした。さらに,高分子半導体のナノ界面への吸着構造は光電変換特性に顕著な影響を及ぼすことから,発光分光法によるナノ細孔構造に吸着した高分子半導体鎖の光電子物性についての検討を行った。
核スピン多量子コヒーレンスを用いた原子間ネットワーク観測法の開発

1.新規パルスシーケンスの作成固体NMR法を用いたhomonuclear double quantum recouplingシーケンスを作成した。化学シフト異方性やrf磁場の不均一性に影響を受けにくい新規rfシーケンスを設計した。従来のSR26シーケンスの3倍の試料回転を実現した。また有効磁場強度はSR26シーケンスの1/2以下に抑えることが出来た。SR26シーケンスを用いた場合、コイルの過熱のためにrf磁場の位相シフトが起こり、DQFやspin counting実験といったcoherence selectionに深刻な影響が観測されが、本シーケンスでは過熱の問題を抑えることが出来る。化学シフト異方性の消去の性能はSR26と同等であるが、高次のFourier級数を取り扱うことにより性能が改善されることが期待される。2.試料回転の評価本研究では試料回転に同期してrf磁場を照射する。試料回転の安定性を評価するためにスピニングカウンターを製作した。従来のスピニングカウンターが1秒に1回試料回転速度を計測するだけであったため、1秒以下の期間の試料回転の安定性が評価できなかった。新たに製作したスピニングカウンターは1/16秒に一度試料回転速度を計測するために短期の試料回転安定性を評価できるようになった。スピニングカウンターはマイコンを用いて設計したため、拡張性の高いつくりとなっている。将来的には試料回転制御も行うことが出来る。