hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
前立腺癌細胞表面糖鎖を標的としたバイオマーカーの探索と新規治療法の検討

本年度は昨年に引き続き、抗体ファージライブラリーを用い抗体の獲得を目指した。しかしながら、I-分岐型糖鎖構造に特異的なクローンを獲得できなかった。一方で、昨年樹立した一部の前立腺癌細胞株高発現する細胞表面タンパク質に対する抗体は、前立腺癌細胞上の膜貫通タンパク質の一つであるTransmembrane protein 2を認識している可能性が高いことが明らかになった。Transmembrane protein 2は新規に確認されたヒアルロン酸分解酵素であることから、ヒアルロン酸分解と前立腺癌および種々の癌の悪性度との関連を検討するための良いツールとなりうると考えられる。また、昨年度に引き続き膀胱癌におけるGCNT2の発現による悪性度の変化について検討続けた。これまでに膀胱癌TURBT標本の免疫組織染色結果から、GCNT2高発現膀胱癌では間質浸潤pT1の割合が有意に低く、G3の割合が低いことが明らかとなっていた。さらに膀胱癌における発現の意義についてYTS-1にGCNT2を導入したYTS-1-GCNT2細胞を樹立しin vitroにおいて検討を行った結果、GCNT2高発現株であるYTS-1-GCNT2はYTS-1-Mockと比較してNK細胞による細胞障害活性をより強く受けることが明らかとなった。さらに、本年度はNK細胞による細胞障害活性分子であるGranzymeおよびPerforinの発現を解析したところ、GCNT2高発現株との接触により細胞障害活性分子の放出が有意に増強していることを確認した。本年度は、研究計画どおりに抗体の樹立を目標に研究を行った。分岐型糖鎖はヒト、マウスにおいて構成要素はほとんど同一であり、抗原性も低いことが予想されるため、以下の二つの方法により抗体の作製を試みた。1)前立腺癌細胞を免疫したマウスの脾臓よりB細胞を取り出し、ミエローマと融合するハイブリドーマ法。2)前立腺癌細胞を免疫したマウスの脾臓より抗体遺伝子をクローニングし、ファージミドベクターに組み込むことでファージ上に抗体分子を発現させたファージ抗体ライブラリ法。まずは1)の方法において、前立腺癌細胞DU145をマウスに免疫し作製したハイブリドーマにおいて、癌細胞に反応性を持つ抗体クローン96クローンを得た。各クローンのアイソタイプを決定し、さらに分岐型糖鎖構造をするGCNT2発現の低い細胞と高い細胞を用いてフローサイトメトリーにより反応性の異なる抗体の選別を行った。それぞれ得られた96クローンはすべてマウスIgGであった。高分岐型の糖鎖構造選択的に反応する抗体クローンは96クローン中には認められなかった。以上の結果から、高分岐型糖鎖構造認識抗体の獲得には免疫方法に改良を加える必要があると考えられた。次に2)の方法においては、前立腺癌細胞PC3をAlumをアジュバントとして用い免疫を3回行った後、脾臓を摘出した。抗体のFv領域の遺伝子を獲得後、scFv抗体となるように抗体の重鎖と軽鎖をリンカーでつなげたのち、ファージ上に発現させた。本年度は109以上のバリエーションを有する抗体ファージライブラリを構築した。本年度は、抗体の樹立を目的に研究を行いハイブリドーマ法により96クローンの抗体を獲得した。これらのクローンのうち、2クローンはO結合型糖鎖阻害剤処理により反応性が変化することがすでに分かっていたが、高分岐糖鎖構造特異的に反応する抗体は確認できなかった。一方で、ハイブリドーマ法でうまくいかない場合を想定し抗体取得の目的で抗体ファージライブラリを構築した。以上の事より、高分岐糖鎖に特異的な抗体の取得には免疫方法の検討など改善が必要であるが、おおむね順調に研究が進んでいると考えられる。本年度は、昨年度構築した抗体ファージライブラリを用い抗体の獲得を目指し検討を行った。昨年度検討したモノクローナル抗体の系ではO-結合型糖鎖反応性の抗体の有無については明らかとなったが、本来獲得を目指す糖鎖構造の一つI-分岐型糖鎖抗原に反応する抗体の獲得は困難であった。そこで、前立腺癌細胞株においてI-分岐型糖鎖構造の発現量を検討し、抗体の濃縮に有用な細胞株の選出を行った。その結果、前立腺癌細胞株にいては22RV1細胞株においてGCNT2発現により形成されるI-分岐型糖鎖構造が検出限界以下であることをフローサイトメトリーにより確認した。そこで、GCNT2を定常的に発現する22RV1-GCNT2株を樹立したところ、I-分岐型糖鎖構造が高発現することを確認した。ファージライブラリによる抗体の濃縮には本細胞株を用い、親株である22RV1に反応する抗体を除去する手法を用い、現在抗体の獲得を行っている。本年度はさらに、膀胱癌におけるGCNT2の発現が癌細胞の挙動および癌患者の予後と相関するかを検討した。抗GCNT2ポリクローナル抗体を用い膀胱癌TURBT標本の免疫組織染色を行ったところ、前立腺癌とは異なりGCNT2を高発現する膀胱癌細胞は悪性度が低い結果が得られた。また、膀胱癌細胞株を用いた検討では筋層浸潤膀胱癌細胞株であるT24、YTS-1細胞株に比べ非浸潤癌であるRT4細胞株において高発現することを確認した。膀胱癌における発現の意義については現在YTS-1にGCNT2を導入したYTS-1-GCNT2細胞を樹立し、まずはin vitroでの癌細胞の増殖能、浸潤能について検討を行っている。本年度は、ファージライブラリによる抗体獲得にシフトし検討を行っている。

細胞株の樹立、濃縮方法の検討などで時間を使ったものの、ファージライブラリについては樹立できており、またプレリミナリ実験ではファージ抗体が使用可能であることが確認できたため、おおむね順調に進んでいると考えられる。本年度は、抗体ファージライブラリを用い抗体の獲得を目指し検討を行った。昨年度樹立したI-分岐型糖鎖構造を安定的に発現する前立腺癌細胞株22RV1-GCNT2細胞株においてファージライブラリによる抗体の濃縮には本細胞株を用い、親株である22RV1に反応する抗体を除去する手法を用い、抗体の獲得を試みた。しかしながら良好なクローンの獲得にはいたらなかった。一方で、一部の前立腺癌細胞株高発現する細胞表面タンパク質に対する抗体の取得を試みたところ、タンパク質に対しては良好なクローンの獲得に成功した。現在、本抗体の認識するタンパク質およびその機能について並行して検討を行っている。本年度は昨年度に引き続き、膀胱癌におけるGCNT2の発現による悪性度の変化について検討を行った。昨年度の膀胱癌TURBT標本の免疫組織染色結果を詳細に解析したところ、GCNT2高発現膀胱癌では間質浸潤pT1の割合が有意に低く、G3の割合が低いことが明らかとなった。さらに膀胱癌における発現の意義についてYTS-1にGCNT2を導入したYTS-1-GCNT2細胞を樹立しin vitroにおいて検討を行ったところ、GCNT2高発現株であるYTS-1-GCNT2はYTS-1-Mockと比較してNK細胞による細胞障害活性をより強く受けることが明らかとなった。現在、詳細な機構については検討中である。本年度は、ファージライブラリによる抗体獲得を目指したが良好な抗体の取得には至らなかった。細胞を用いた抗体のスクリーニングはうまく機能しない可能性が出てきたため、現在合成糖鎖ペプチドによる抗体のスクリーニングを視野に検討を行っている。本年度は昨年に引き続き、抗体ファージライブラリーを用い抗体の獲得を目指した。しかしながら、I-分岐型糖鎖構造に特異的なクローンを獲得できなかった。一方で、昨年樹立した一部の前立腺癌細胞株高発現する細胞表面タンパク質に対する抗体は、前立腺癌細胞上の膜貫通タンパク質の一つであるTransmembrane protein 2を認識している可能性が高いことが明らかになった。Transmembrane protein 2は新規に確認されたヒアルロン酸分解酵素であることから、ヒアルロン酸分解と前立腺癌および種々の癌の悪性度との関連を検討するための良いツールとなりうると考えられる。また、昨年度に引き続き膀胱癌におけるGCNT2の発現による悪性度の変化について検討続けた。これまでに膀胱癌TURBT標本の免疫組織染色結果から、GCNT2高発現膀胱癌では間質浸潤pT1の割合が有意に低く、G3の割合が低いことが明らかとなっていた。さらに膀胱癌における発現の意義についてYTS-1にGCNT2を導入したYTS-1-GCNT2細胞を樹立しin vitroにおいて検討を行った結果、GCNT2高発現株であるYTS-1-GCNT
大腸菌RNA代謝の新しい展開

活性に必須なrnlAを同定し、His-RnlAがエンドリボヌクレアーゼ活性をもつことを確認した。また、His-RnlAを含む1000kDa複合体を構成すると考えられるタンパク質を多数同定した。rnlAの下流に存在するyfjOの破壊株を作成することによって、yfjOも必須であることを証明した(yfjOをrnlBと命名)。RnlBも1000kDa複合体に含まれることが明らかとなった。RnlAのエンドリボヌクレアーゼ活性は単純であり、比活性も低い。一方、1000-kDa複合体に含まれるTpiAとSucBの変異体ではRNase LSの活性が低下した。複合体に含まれるCrpの変異体についてはRNase LSの活性は正常であったが、興味深いことにrnlA変異体ではCrpによって誘導されるはずの糖利用能力が低下した。また、RNase LSが翻訳終結に依存してmRNAを切断する活性をもつことが明らかとなった。感染直後にRNase EとGを活性化するT4の遺伝子がtk2領域内に存在することを発見した。この遺伝子を同定するために、tk2領域の20遺伝子をブロックに分けて4種類の欠失変異体を作成した。その結果、RNase Eの活性化には1つのブロック内に存在する遺伝子が、またRNase Gの活性化には隣接する2つのブロックそれぞれに存在する遺伝子が必要であることがわかった。T4ファージの感染後期において、後期遺伝子はRNase LSの標的となるが、中期遺伝子は標的となりにくいことが示されている。代表的な中期と後期遺伝子の5'UTR、orf、3'UTRを互いに入れ替えたキメラmRNAを発現させて解析したところ、RNase LSの標的を決定する領域は3'UTRであることが判明した。リボソーム結合エンドリボヌクレアーゼ遺伝子の同定エンドリボヌクレアーゼ活性欠損の原因遺伝子は接合とP1ファージによる形質導入によって大腸菌遺伝子地図59.5-60.0分の10kbにマップされていたので、この領域に存在する約20のorfについてPCRを用いたクローニングを行った。その結果、変異はそれまで機能未知であったyfjN遺伝子によって相補できることが判明した。ヌクレアーゼ活性欠損の大腸菌変異体2種のyfjNについて塩基配列を調べたところ1種はナンセンス変異、他の1種はミスセンス変異をもっていた。このことからyfjNがヌクレアーゼ活性欠損の原因遺伝子であることが判明した。さらに、Hisタグ化したYfjNタンパクを量産・精製したところエンドヌクレアーゼ活性を示した。翻訳終結コドンに依存したmRNA切断活性の解析この切断活性は3種類の終結コドンいずれに対しても効果的に作用することを明らかにした。さらに、翻訳開始に必要なSD配列の破壊により切断は起こらなくなること、アンバーコドンに依存した切断の場合には翻訳終結を抑制するサプレッサーtRNAの存在下で切断活性が低下することと下流でペプチド伸長に依存した切断が生じることを確認した。これらの結果から、終結コドンに依存した切断は、配列に依存するのではなく、翻訳の終結に依存していることが結論できる。大腸菌std変異体に蓄積する安定なRNAの解析エチジウムの染色で検出されるRNAを精製し、RNAリガーゼによる環状化やcDNAの作成、クローニングと配列決定により、このRNAは23S rRNAのヌクレオチド1304-1610を含む塩基長307のRNAであることが判明した。Northernブロットの解析から、このRNAは野生型大腸菌に比べstd-2変異体では5-10倍の蓄積が認められるものの、野生型でも蓄積が顕著であった。

そこで、このRNAの配列を詳しく検討したところ翻訳開始に必要なSD配列と開始コドンが適当な間隔で並んでおり、27アミノ酸から成るポリペプチドをコードできるorfの存在が確認できた。従って、この23S rRNA由来低分子RNAはmRNAとして機能することが示唆される。RnlAエンドヌクレアーゼの活性解析RNaseLSの必須遺伝子として同定したrnlA(旧名yfjN)の発現系をつくり量産を試みたところ封入体を形成し不溶性となった。様々な方法で可溶化を試みたものの成功しなかったので、His-RnlA量産に切り替えた。His-RnlAは可溶性分画に検出できたので数種類のマトリックスを用いたカラムクロマトグラフィーにより精製したところ予想通りエンドヌクレアーゼの活性を示した。しかし、in vivo或は細胞抽出液を用いたin vitro系で検出されるRNase LSの活性と比べ極めて単純な特異性を示す上、比活性は100分の1程度であった。細胞抽出液中に見出されるRNase LS活性成分の一つである1000kDa複合体にRnlAが含まれることを確認した。His-RnlAを発現させた細胞抽出液からNiビーズを用いてpull-downしたところHis-RnlAと共に少なくとも10種類のタンパク質が回収された。これらのタンパクの内、主要なものについてアミノ酸配列を決定したところ糖代謝やクエン酸回路に関与する酵素が含まれていた。このことから、RNA分解とエネルギー代謝との関連性が浮上してきた。翻訳に依存したmRNA切断機構の解析終結コドンと下流切断点の間隔を、欠失或は挿入により変化させたところ切断点も移動した。また、切断点を含む配列を取り除いたところ、代わりの切断点が生じた。これらのことから、RNase LSによる切断はリボソームが結合したmRNAの3'側辺縁部で生じることが強く示唆された。また、切断部位を含む領域は2次構造をとらないことが切断の条件であると考えられる結果を得た。RNase LSの活性に必須なrn1A遺伝子の下流に存在するyfj0の破壊株を作成した。その結果、yfj0もRNase活性に必須であることが明らかとなった(yfj0をrn1Bと命名)。Hisタグ化Rn1Bを発現させた細胞の抽出液を用いたNiビーズpull-down実験から、Rn1AとRn1Bは複合体形成していることが強く示唆された。過剰発現させたHis-Rn1Aを含む1000-kDa複合体に含まれる成分のうち、TpiAとSucBの変異体についてはRNase LSの活性が低下した。したがって、これらのタンパクもRNase LSの重要な構成成分であることが明らかとなった。一方、Crpの変異体についてはRNase LSの活性は正常であったが、興味深いことにrn1A変異体ではCrpによって誘導されるはずの糖利用能力が低下していた。この結果は、RNase LS活性と糖利用能とが密接に関連することを示している。T4ファージが感染した直後にRNase EとGは活性化され、それまで標的としていなかった大腸菌mRNAを急速に分解するようになる。
重金属誘導性皮膚癌発症機構の解明と予知・予防への応用

設定した研究計画及び平成2016年度の研究結果を踏まえて、以下のような研究を実施した。【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【C-1】実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討【C-2】ヒト検体を用いた予知・予防につながる候補因子の検討【A】では、平成28年度に引き続き、培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析をHaCaT細胞を用いて実施した。平成28年度中の研究結果により同定された新規候補因子の機能解析をウェスタンブロットやqPCR等の手法を用いて解析した結果、一部の候補遺伝子がヒ素誘導性多段階発がんとの関連性が深い問い考えられる発現パターンを示した。【B】では、ヒ素曝露マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析を継続して実施した。研究【A】により、ヒ素誘導性多段階発癌と関連性の高い分子が同定されたため、その機能の解析を行った結果、発症機構の一部が同定した遺伝子が関与する分子機構を介していることを明らかにした。【C-1】では新たに、実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討を開始した。平成28年度に実施した計画【B】により、ヒ素曝露マウスの様々な生体試料(尿・血液、組織等)が保存されており、生体試料中の候補因子とヒ素曝露レベルや疾患レベルとの関連性の調査を行った。その結果、同定されていた候補遺伝子の一部において、ヒ素曝露によって発現パターンが変化することを突き止めた。【C-2】では、マウスで得られた候補因子について、約150人分の毛髪・爪・尿検体に対して一部検討を行ったところ、ヒト検体においても、ヒ素曝露レベルと候補因子の新たな相関関係が見出された。本年度実施予定の【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【C-1】実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討【C-2】ヒト検体を用いた予知・予防につながる候補因子の検討はすべて実施されており、概ね順調に進展していると言える。それぞれの計画は来年度も継続実施の予定であり、継続のためのデータも得られており、順調に推移している。今後、当初の予定通り、【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、【C-1】実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討、【C-2】ヒト検体を用いた予知・予防につながる候補因子の検討を実施する。培養細胞、実験マウス、ヒト検体全てにおいて新規関連候補因子の同定や新規発症機構の解明が一部進んでおり、今後はこれらの詳細を詰めるとともに、将来の予知・予防法開発の基礎となることを目指す。研究計画にもとづき、【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、および、【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析を実施した。培養細胞を用いた研究では、ヒ素曝露の有無によるサンプル作成及びDNAマイクロアレイ法による網羅的解析を実施、多数の候補遺伝子を単離した。それらの候補遺伝子の中には、発癌に関与する遺伝子や、皮膚色素沈着に関与する遺伝子が単離された。ヒ素誘発性皮膚疾患は皮膚がんや黒皮症に代表され、今回単離された遺伝子がヒ素誘導性皮膚疾患に大きく関与している可能性が示唆された。候補因子の幾つかに関しては、発癌活性との関係を明らかにするため、siRNAトランスフェクション法を用いたノックダウンによる機能解析を実施した。正常ヒト角化細胞株(HaCaT)へのヒ素曝露は足場非依存的増殖を誘発するが、候補遺伝子の幾つかでは、ノックダウンによって足場非依存的増殖が強く抑制されることが明らかとなった。この結果は、候補遺伝子がヒ素誘導性皮膚癌発症に機能的に関与していることを示唆している。実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析では、ヘアレスマウス、或いはC57BL/6マウスに対する、飲水投与でのヒ素曝露を実施した。曝露後皮膚試料を採取、total RNA及びタンパク質の精製、組織解析用のパラフィン切片作成を実施した。上記DNAマイクロアレイによって単離された遺伝子及びコードするタンパク質の発現量、発現パターンをリアルタイムPCR及びウェスタンブロット、組織免疫学的解析によって解析した。単離された候補遺伝子の幾つかは、ヒ素曝露によってマウス皮膚上皮細胞や色素細胞(メラノサイト)での発現上昇、或いは発現低下が観察され、ヒ素曝露による発現制御を受けている可能性が示唆された。平成28年度から30年度に実施予定の【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、平成28年度から31年度に実施予定の【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析について、計画通り進んでいる。【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析については、DNAマイクロアレイ法による分析結果で多数の候補遺伝子の単離が成功し、それらの一部の発現解析や機能解析も順調に進んでいる。【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析も、曝露試験とその後の解剖、発現解析、組織解析を順当に進めており、全体としておおむね順調に進展しているといえる。

設定した研究計画及び平成2016年度の研究結果を踏まえて、以下のような研究を実施した。【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【C-1】実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討【C-2】ヒト検体を用いた予知・予防につながる候補因子の検討【A】では、平成28年度に引き続き、培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析をHaCaT細胞を用いて実施した。平成28年度中の研究結果により同定された新規候補因子の機能解析をウェスタンブロットやqPCR等の手法を用いて解析した結果、一部の候補遺伝子がヒ素誘導性多段階発がんとの関連性が深い問い考えられる発現パターンを示した。【B】では、ヒ素曝露マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析を継続して実施した。研究【A】により、ヒ素誘導性多段階発癌と関連性の高い分子が同定されたため、その機能の解析を行った結果、発症機構の一部が同定した遺伝子が関与する分子機構を介していることを明らかにした。【C-1】では新たに、実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討を開始した。平成28年度に実施した計画【B】により、ヒ素曝露マウスの様々な生体試料(尿・血液、組織等)が保存されており、生体試料中の候補因子とヒ素曝露レベルや疾患レベルとの関連性の調査を行った。その結果、同定されていた候補遺伝子の一部において、ヒ素曝露によって発現パターンが変化することを突き止めた。【C-2】では、マウスで得られた候補因子について、約150人分の毛髪・爪・尿検体に対して一部検討を行ったところ、ヒト検体においても、ヒ素曝露レベルと候補因子の新たな相関関係が見出された。本年度実施予定の【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析【C-1】実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討【C-2】ヒト検体を用いた予知・予防につながる候補因子の検討はすべて実施されており、概ね順調に進展していると言える。それぞれの計画は来年度も継続実施の予定であり、継続のためのデータも得られており、順調に推移している。今後、当初の計画通り、【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、および、【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析を引き続き実施し、in vitro、in vivo両面での並行した研究を実施する予定である。培養細胞におけるDNAマイクロアレイ解析で多くの候補遺伝子が単離されており、今後もそれら候補因子の解析を順次行う予定である。また、フィールドワーク実施によってヒト検体を多数入手しており、今後は培養細胞や実験動物だけでなく、ヒト検体における分子生物学的解析も実施予定である。今後、当初の予定通り、【A】培養細胞を用いたヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、【B】実験マウスにおけるヒ素誘導性多段階発癌の発症機構解析、【C-1】実験マウスを用いた新規関連因子検出の検討、【C-2】ヒト検体を用いた予知・予防につながる候補因子の検討を実施する。培養細胞、実験マウス、ヒト検体全てにおいて新規関連候補因子の同定や新規発症機構の解明が一部進んでおり、今後はこれらの詳細を詰めるとともに、将来の予知・予防法開発の基礎となることを目指す。
矯正学的歯の移動時に生じる歯根吸収におけるケモカインーRANKL発現の検討

Invivoにおいて50g群では10g群と比較してCINC-1陽性細胞、CXCR2陽性細胞,MCP-1陽性細胞およびRANKL陽性細胞の増加を認めた。Invitroにおいて、hPDLcellsのIL-8とMCP-1の遺伝子発現量は、6時間をピークに加重依存的に増加し、それらの産生量は経時・加重依存的に増加した。以上の結果から、IL-8(CINC),MCP-1およびRANKLは過度の矯正力により歯根膜細胞から多量に産生され、破歯細胞分化を促進することにより歯根吸収を発生させる可能性が示唆された。実験動物には、6週齢のWistar系雄性ラット45匹を用い、実験的歯の移動はラットの第一臼歯を10および50gの矯正力で7日間近心に牽引した。hPDL cellsには1.0, 2.0, 3.0および4.Og/cm2の圧迫力を24時間与えた。ラット破骨前駆細胞はCINCまたはMCP-1を添加して10日間培養を行い、TRAP染色とPit formation assayを行った。In vivoにおいて10および50g群間に歯の移動量の計測では差は認められなかった。10g群ではセメント質の吸収は認められなかったが、50g群では7日目にセメント質の吸収と吸収窩におけるTRAP陽性破歯細胞の出現を認めた。また、50g群では10g群と比較してCINC-1陽性細胞、CXCR2陽性細胞およびMCP-1陽性細胞の増加を認めた。In vitroにおいて、hPDLcellsのIL-8およびMCP-1の遺伝子発現量は、6時間をピークに加重依存的に増加し、それらの産生量は経時・加重依存的に増加した。ラット破骨前駆細胞においてCINC添加群ならびにMCP-1添加群はcontrol群と比較して、TRAP陽性細胞数は増加した。またPit formation assayにおいてCINCまたはMCP-1添加群は、象牙質吸収能の促進を多く認めた。以上の結果から、IL-8(CINC)およびMCP-1は過度の矯正力により歯根膜細胞から多量に産生され、破歯細胞分化を促進することにより歯根吸収を発生させる可能性が示唆された。平成23年年度は歯髄に焦点を当て、RANKLとケモカイン(IL-8,MIP-1,MCP-1,RANTES)の産生量と遺伝子発現量および骨吸収能について検討を行った。実験動物には、6週齢のWistar系雄性ラット45匹を用い、実験的歯の移動はラットの第一臼歯を10および50gの矯正力で7日間近心に牽引し、歯根吸収部と歯髄におけるRANKLとケモカインの発現を検討した。in vivoにおいて10および50g群問に歯の移動量の計測では差は認められなかった。また、50g群では10g群と比較してサブスタンスP,RANKL,CINC-1陽性細胞、CXCR2陽性細胞およびMCP-1陽性細胞の増加を認めた。in vitroにおいて、ヒト歯髄線維芽細胞にサブスタンスPを10^<-4>10^<-8>Mの濃度で24時間与えた。さらに、ラット破骨前駆細胞はCINCまたはMCP-1を添加して10日間培養を行い、TRAP染色とPit formation assayを行った。ヒト歯髄線維芽細胞のRANKL,IL-8およびMCP-1の遺伝子発現量は、サブスタンスP濃度依存的に増加し、それらの産生量は経時依存的に増加した。ラット破骨前駆細胞においてサブスタンスP添加群、CINC添加群ならびにMCP-1添加群はcontro1群と比較して、TRAP陽性細胞数は増加した。またPit formation assayにおいてもサブスタンスP添加群、CINCまたはMCP-1添加群は、象牙質吸収能の促進を多く認めた。以上の結果から、RANKL,IL-8(CINC)およびMCP-1はサブスタンスP刺激により歯髄細胞から多量に産生され、破歯細胞分化を促進することにより歯根吸収を発生させる可能性が示唆された。その結果、In vivoにおいて10および50 g群間に歯の移動量の計測では差は認められなかった。10 g群ではセメント質の吸収は認められなかったが、50 g群では7日目にセメント質の吸収と吸収窩におけるTRAP陽性破歯細胞の出現を認めた。また、50 g群では10 g群と比較してRANKL, CINC-1陽性細胞、CXCR2陽性細胞およびMCP-1陽性細胞の増加を認めた。In vitroにおいて、hPDL cellsのRANKL, IL-8およびMCP-1の遺伝子発現量は、6時間をピークに加重依存的に増加し、それらの産生量は経時・加重依存的に増加した。

ラット破骨前駆細胞においてCINC添加群ならびにMCP-1添加群はcontrol群と比較して、TRAP陽性細胞数は増加した。またPit formation assayにおいてCINCまたはMCP-1添加群は、象牙質吸収能の促進を多く認めた。以上の結果から、RANKL, IL-8(CINC)およびMCP-1は過度の矯正力により歯根膜細胞から多量に産生され、破歯細胞分化を促進することにより歯根吸収を発生させる可能性が示唆された。平成22年度はヒト歯根膜線維芽細胞にcompression forceを加え、平成23年度はヒト歯髄線維芽細胞にサブスタンスPを加え、RANKLとケモカイン(IL-8,MIP-1,MCP-1,RANTES)の産生量と遺伝子発現量および骨吸収能について検討を行い、歯根吸収の発生にRANKLとケモカインが関与することを見出した。研究はおおむね順調に進展しており、平成24年度はノックアウトマウスを用いて、根吸収の発生にRANKLとケモカインが関与することを確認する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
イオン性液体中でのナノカーボンのトポケミカル反応とエネルギーデバイスへの展開

本研究ではイオン性液体中でのナノカーボンへのカチオンもしくはアニオンの電気化学的インターカレーション反応および電極とイオン性液体電解質間の相間イオン移動反応を調べ、得られた結果よりリチウム二次電池の反応高速化と新規なエネルギー変換デバイスへの展開をはかることを目的としている。本年度はアニオン挿入型のハイブリッドキャパシタへの応用を目的とし、黒鉛電極へのイオン性液体のアニオンの挿入脱離反応を電気化学的に調べた。その結果、アニオンの黒鉛電極への挿入脱離反応はイオン液体の種類によって、スムースに進行するもの、そうでないものがあることを見出した。すなわち、アニオンの黒鉛電極への挿入脱離に伴う活性化障壁がイオン液体の種類に依存することを明らかにした。活性化エネルギーは低いもので10kJ mol-1程度であり、高いものでは40kJmol-1であった。また、アニオンは単独では入らず、アニオン-カチオン-アニオンのイオン対を形成して黒鉛電極に挿入することも見出した。これからの結果より、ハイブリッドキャパシタにどのようなイオン液体を用いればよいかの設計指針を得ることができた。本年度はイオン性液体中におけるアニオンの黒鉛への電気化学的挿入脱離反応について検討を行った。イオン性液体について1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF_4)、N, N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetrafluoroborate(DEMEBF_4)を用い、イオン性液体と非水溶媒の混合電解質として、EMIBF_4-propylene carbonate(PC)(50:50 mol%)溶液、さらに比較のため、非水系電解質である1mol dm^<-3> LiBF_4-PC溶液の4種類を電解質として用いた。これらの電解液中でBF_4^-の黒鉛電極への電気化学的挿入脱離反応をサイクリックボルタモグラムおよび交流インピーダンス測定により調べた。その結果、イオン性液体中でアニオンを黒鉛に挿入脱離させる場合、イオン性液体の粘性に非常に影響を受け、電極/電解質間の良好な界面を構築できないことが分かった。そこで、イオン性液体を用いる場合には、高温にすることにより電荷移動抵抗の少ない界面を構築した。交流インピーダンス測定により活性化エネルギーを得た。その結果、有機溶媒を用いた場合がもっとも活性化障壁が小さく、イオン性液体を用いた場合では有機溶媒を用いる場合よりも大きな活性化障壁を示した。また、イオン性液体の種類により活性化障壁が異なった。これはイオン性液体中でのカチオンとアニオンの静電相互作用が異なることに起因する。昨年度ではイオン性液体中におけるアニオンの黒鉛への電気化学的挿入脱離反応について検討を行った。その結果、イオン性液体中でアニオンを黒鉛に挿入脱離させる場合、イオン性液体の粘性に非常に影響を受け、電極/電解質間の良好な界面を構築できないことを見出した。また、イオン性液体の種類により黒鉛への挿入脱離に伴う活性化障壁が異なることも示した。これはイオン性液体中でのカチオンとアニオンの静電相互作用が異なることに起因すると考えられた。そこでカチオンとアニオンの相互作用についての知見を得るため、本年度はリチウムイオン伝導性の結晶性固体電解質とイオン液体の界面でのリチウムイオン移動について交流インピーダンス測定により調べ、その活性化障壁を得ることにより、イオン液体中でのカチオンとアニオンの相互作用についての情報を得ることを目的とした。その結果、イオン液体のカチオンとアニオンの組合せにより、リチウムイオン移動に伴う活性化障壁が異なることを見出し、とくにアニオンにBF4アニオンを用いたときに、リチウムイオンの移動はスムーズに生じることを示した。
移植心と周術期管理

移植心を持つ患者の麻酔管理についてまず海外のいくつかの施設に問い合わせを行ったところ特にそれについての特別なマニュアルを有している施設はなく、その麻酔管理について特殊な配慮が必要とはされていない事が明らかとなった。もしドナー心の機能が悪ければ移植に用いられることはない。したがって移植された心臓はその機能は良好であり、麻酔管理の上で大きな問題とはならないとするのが従来の考え方であった。これは国内外のいくつかの著名な麻酔学の教科書に記載されていることであり、議論の余地はないように思われた。しかしながら、本研究を進めるにつれ、その考え方が必ずしも正しくない事がわかってきた。まず、移植心の最大の特徴は神経支配を持たないいわゆる"除神経心"であることとされていた。したがって心臓に直接的な作用する薬剤の作用は温存されるが、間接的に作用する薬剤はその作用を失う。これは麻酔管理上重要である。ところが最近の研究では移植後に年月の経過とともに神経の再生が起こること、それは多くの場合交感神経が副交感神経より先行して起こることが明らかとなった。これは移植心を持つ患者の麻酔管理では移植されてからの期間により薬剤の反応性が異なる可能性があることを考慮しなければならないといえる。さらに移植からの時間経過にともない慢性拒絶反応が例外なく進行していることも見逃せない。これは時間経過とともに冠動脈の狭小化および心機能低下を招くもので、厄介なことに患者自身の自覚症状に乏しい。したがって心機能が術前に充分に評価されていないと麻酔中に予期せぬ循環虚脱や不整脈の発生に難渋することも想像に難くない。術前に患者の移植後のフォローを行っている循環器内科医との十分な情報交換が極めて重要であるといえる。
ペロブスカイト型高リチウムイオン伝導体の化学設計

(La,Li)TiO_3における高イオン伝導のメカニズムを明らかにし,さらにイオン伝導の高い酸化物を合成するための設計指針を得るために,各種イオン置換の実験と計算機実験を行った。(1)単結晶合成とそのイオン伝導度FZ法により,(La,Li)TiO_3単結晶を合成し,そのイオン伝導を測定した。その結果,c軸方向とab面内でのイオン伝導はその構造の2次元性に由来する異方性を示すことを確認するとともに,多結晶試料と絶対値が等しいことを確かめた。(2)イオン置換によるイオン伝導度の変化A-サイトあるいはB-サイトのイオン置換により,イオン伝導とその活性化エネルギーも変化するが,ペロブスカイトパラメータで整理したところB-サイトイオンと酸素間の化学結合が支配的なパラメータであることを見出した。(3)2体ポテンシャルの計算ペロブスカイトにおける陽イオン伝導のメカニズムを探るため,粗い近似として2体ポテンシャルをクーロンポテンシャルと反発ポテンシャルのみで表しペロブスカイト格子中でのポテンシャル計算を行った。その結果,本構造中で活性化エネルギーを決定するポテンシャルの位置は,酸素で囲まれたボトルネックでの反発ポテンシャルを下げることにより可能であること、このためには格子を膨張させるイオン置換が必要であることを確認した。(4)MD法による計算(La,Li)TiO_3中でのリチウムイオンの動きを再現すべく,完全イオン性モデルと部分イオン性モデルで計算を行ったところ,チタンと酸素間に共有結合性を考慮した部分イオン性モデルのみが再現可能であることを確認した。
骨格筋虚血再灌流障害およびプリン代謝に対するアロプリノールの効果

1.アロプリノールは骨格筋虚血再灌流障害を抑制できるか否かを雑種成犬の薄筋を用いたモデルで実験した。虚血時間は6時間、再灌流は2時間とし、筋肉の先端に微小な透析膜のついたmicrodialy-sis probeを刺入し、筋組織中のプリン(xanthine,hypoxanthine,inosine),MDA等を経時的に測定した。これらをアロプリノール投与群,非投与群で比較検討した。その結果、アロプリノールは活性酸素の産生を抑制し骨格筋の虚血再灌流障害を抑制していた。また,アロプリノール投与は虚血前投与より,再灌流直前投与がより効果的であった。また、同時に静脈血中の好中球の活性酸素のscavengerとしては働いていなかった。これらより、アロプリノールの再灌流障害抑制効果は筋組織のxanthine oxydase阻害によるものであり、好中球由来の活性酸素抑制によるものではなかった。2.骨格筋のviabilityは、確立されたTTC assayにより定量出来る。しかし、この方法は筋組織のサンプルを必要とする侵襲的なものである。microdialysisを用いて、僅かな侵襲で重症虚血状態にある筋肉のviability判定できるか否かを実験した。ラットの後肢の筋肉を10時間の虚血とし、TTC ass-ayによるデータとmicrodialysisによるデータを比較したところ、microdialysisによりviabilityの判定が出来ることが判明した。雑種成犬の後肢の薄筋を用いた骨格筋虚血再潅流障害モデルを作成した。薄筋を2本の栄養血管のみを残し遊離,血流を完全にコントロールできるようにし、5時間の完全虚血の後,2時間の再潅流を行った。薄筋より流出する静脈血中のCPKを測定した。また先端に微小な透析膜のついたMicrodialysis probeを筋肉に刺入し、リンゲル液で潅流、筋組織より拡散により各物質を透析液中に回収する。この透析液をHPLCにより分析、組織中のhypoxanthine,xanthine,uric acid,過酸化脂質(MDA),allopurinolを経時的に測定した。これらの値がallopurinolの投与によりどう変化するか、また投与時期により効果に差はあるかをみた。その結果以下の点が明らかになった。1.allopurinol投与により再潅流後の筋組織中のxanthine,uric acidの増加は有意に抑制された。同時に血中CPK、筋組織中のMDAの増加も抑制された。病理組織学的にも再潅流障害は抑制されていた。2.allopurinolは従来に実験のような、虚血前に投与するよりも再潅流前に投与したほうが効果的であった。3.allopurinol再潅流前投与では10mg/kgと20mg/kgで効果に有意差はなかった。1.前年度までの実験で、アロプリノールにより骨格筋の虚血再灌流障害が抑制されることが解ったが、それは(1)筋細胞中のXanthine oxydaseを阻害、(2)血管内皮のXanthine oxydaseを阻害し、内皮の障害を抑制、それにより白血球の活性化が抑制され、白血球由来の活性酸素の産生を抑制する、等が考えられた。(2)について、アロプリノール投与群と非投与群で、筋肉を再灌流した静脈血中の白血球のルミノール発光を測定、比較したところ有意差は認めなかった。結果:アロプリノールは白血球由来の活性酸素には影響を与えてはいなかった。2.白血球が放出した活性酵素をアロプリノールがscavengeしているか否かを調べた。アロプリノール非投与群において、静脈血にin vitroでアロプリノールを加えた群と、加えない群でルミノール発光を測定、比較を行ったが両群間で有意差は認めなかった。結果:アロプリノールは活性酸素のscavengerとしては働いてはいないと考えられた。

針型フローベを刺入するだけという低侵襲のMicrodialysisを用いて、虚血骨格筋のviabilityを、プリン代謝の変化を追うことで判定可能か否かを、TTC assayと比較検討した。結果:Inosine/Hypoxanthineの変化により、非侵襲的な方法で骨格筋のviabilityの判定を行いうることが判った。
強磁場サブミリ波ESRによる重い電子系の研究

本年度もこの研究課題の中核をなすサブリミ波ESRは多くの成果を上げた。特にこの研究課題に関連した仕事ではCsCuCl_3の量子効果に起因する磁気相転移をサブミリ波ESRで初めて観測し斯波と二国の理論を支持する結果を得た。また重い電子系と並ぶ強相関系と考えられるCuGeO_3のスピンパイエルス転移は本年度の大きな話題のひとつであったが、この物質のサブミリ波ESRの温度変化の測定はその磁気状態に関してギャップの見積りなど新しい知見が得られた。さらにこの研究課題で制作した30Tパルスマグネットを組み合わせたクライオスタットを用いて転移磁場13Tを超えたM相のESRを観測すればより多くの情報が得られることが期待される。ストリップラインに関してはシリコーンとスタイキャストで制作することに成功した。そこでまずストリップライン法の基礎データを金属人工格子および鉄板を用いて収集した。その結果Co/Cu人工格子では有名な巨大磁気抵抗がきれいに観測されFe/MgO人工格子および鉄板では鉄によるESRが明瞭に観測された。したがってストリップラインのサイズなどの基本的技術はこれからの観測で確立した。その結果当初の予想より大きな試料サイズが必要なことが明らかとなりUPd_2Al_3は現在制作中であるが、ストリップライン法の技術が確立した点では本研究は十分その成果が上がったと考えられる。今後の研究展開としてはUPd_2Al_3はもとよりDyB_6などのf電子系や金属人工格子のストリップライン法によるサブミリ波ESRを行いその磁性を明らかにしたいと考えている。
血管新生を目指した虚血組織特異的に集積するエクソソームの探索

エクソソームはタンパク、核酸を内包しており、血管新生能を有すると報告されている。そこで、虚血組織特異的に発現している細胞表面抗原分子に対するリガンドをエクソソームに持たせることが出来れば、そのようなエクソソームを経静脈投与により、エクソソームが虚血組織に集積することで、血管新生が誘導されるのではないかと考えている。本研究は、これまでの細胞移植による治療よりも低侵襲で、治療効果の高い新たな血管新生療法になる可能性がある。
花崗岩体の上昇に伴う熱き裂発達過程の評価法の開発

花崗岩の冷却過程において,異種鉱物間の物性差によって不可避的に発生する熱応力を評価するため,模擬珪長質岩を室内実験により合成し,それを評価するという新たな方法論を提案した.花崗岩の造岩鉱物のうち,大きな物性差を有する石英とカリ長石の粉末を焼結することで,異種鉱物の集合体である模擬珪長質岩石を作成し,その冷却によって発生した熱応力に起因する残留応力をX線応力測定法によって評価することを試みた.1100°Cで作成した模擬珪長質岩では,石英粒子とカリ長石粒子の焼結が進んでおらず,冷却によって熱収縮が発生しても互いの変形を拘束しあわないため,残留応力は発生しない.一方で,1200°C以上で作成した模擬珪長質岩は石英粒子とカリ長石を主成分としたガラスからなり,互いが密に密着していた.1200°Cで作成した模擬珪長質岩の透過電子顕微鏡観察では,粒界き裂や粒間き裂が見られることから,模擬珪長質岩中に熱応力が発生したことが示唆された.これのX線応力測定では,回折ピークのブロードニングとピークシフトが顕著であり,不均質な残留ひずみが発生していることがわかった.ピークシフトは無ひずみの石英に比べて,回折角の低角側に移動することから,引張の残留応力が発生していることがわかった.ピークのブロードニングおよびピークシフトから発生した残留応力を算定すると,模擬珪長質岩石中の石英粒子には4070MPa程度の応力が発生していることがわかった.走査電子顕微鏡観察では,模擬珪長質岩中にき裂が見られないことから,冷却によって発生した熱応力はき裂発生によって,開放された痕跡がない.したがって,石英とカリ長石(ガラス)の集合体では,その物性差によって冷却により4070MPaの熱応力が発生することがわかった.地下深部で発生する花崗岩は周囲の岩石による封圧環境下にあり,大きな圧縮応力をうけている.したがって,引張によってき裂が発生することはまれであると考えられていた.しかしながら本研究で示されるように,冷却によって大きな引張応力が発生することから,地下においても引張き裂が発生する可能性が高いことが示唆された.平成16年度において,花崗岩模擬物質合成実験に対して必要な知見となる異種鉱物粒界の分析準備を進めた.本課題では,固結直後の新期花崗岩の模擬物質を室内実験にて合成し,その除荷・冷却過程におけるき裂の発達過程を評価することで,天然の花崗岩体の上昇過程におけるそれをシミュレーションすることを試みる.模擬物質は固結直後の花崗岩の第一近似としてき裂に乏しい必要があるが,異種鉱物粒界を室内実験にて接着する方法に関する知見は乏しく,なぜ花崗岩が異種鉱物からなる強固な集合体を形成し得るのか理解されていない.そこで模擬物質合成のためには,異種鉱物の結合メカニズムを明らかにする必要がある.では,どのような花崗岩の粒界を観察・分析することで,粒界接着実験に対する有効な指針を得ることができるであろうか?本研究では,分析対象として岩手県葛根田地熱地帯より産する葛根田花崗岩を選定した.葛根田地熱地帯は500°C以上に達する高温の新期花崗岩が深度およそ2000m以深において捕捉されている世界でも有数な地熱地帯である.本地熱地帯の深度20003000mにおいて得られたボーリングサンプルを対象とした.一般に露頭で得られるサンプルは,固結から上昇,露出に至るまでの地質学的時間の間に様々なイベント(応力場や熱環境)にさらされ,変質などによって粒界本来の特徴が失われている可能性がある.一方,対象とした葛根田花崗岩のボーリングサンプルは,今まさに固結した直後の岩石であり,粒界の特徴を保存している可能性が高い.薄片観察の結果,ボーリング時の急激な温度変化が原因であろう熱き裂が多く発達していることが認められたが,同時に粒界部分において流体包有物の様な亜球形のボイドといった他に類を見ない特徴を呈することが分かった.今後,透過型電子顕微鏡を用いた粒界分析を行い,合成実験の指針を得る予定である.花崗岩の冷却過程において,異種鉱物間の物性差によって不可避的に発生する熱応力を評価するため,模擬珪長質岩を室内実験により合成し,それを評価するという新たな方法論を提案した.花崗岩の造岩鉱物のうち,大きな物性差を有する石英とカリ長石の粉末を焼結することで,異種鉱物の集合体である模擬珪長質岩石を作成し,その冷却によって発生した熱応力に起因する残留応力をX線応力測定法によって評価することを試みた.1100°Cで作成した模擬珪長質岩では,石英粒子とカリ長石粒子の焼結が進んでおらず,冷却によって熱収縮が発生しても互いの変形を拘束しあわないため,残留応力は発生しない.一方で,1200°C以上で作成した模擬珪長質岩は石英粒子とカリ長石を主成分としたガラスからなり,互いが密に密着していた.1200°Cで作成した模擬珪長質岩の透過電子顕微鏡観察では,粒界き裂や粒間き裂が見られることから,模擬珪長質岩中に熱応力が発生したことが示唆された.

これのX線応力測定では,回折ピークのブロードニングとピークシフトが顕著であり,不均質な残留ひずみが発生していることがわかった.ピークシフトは無ひずみの石英に比べて,回折角の低角側に移動することから,引張の残留応力が発生していることがわかった.ピークのブロードニングおよびピークシフトから発生した残留応力を算定すると,模擬珪長質岩石中の石英粒子には4070MPa程度の応力が発生していることがわかった.走査電子顕微鏡観察では,模擬珪長質岩中にき裂が見られないことから,冷却によって発生した熱応力はき裂発生によって,開放された痕跡がない.したがって,石英とカリ長石(ガラス)の集合体では,その物性差によって冷却により4070MPaの熱応力が発生することがわかった.地下深部で発生する花崗岩は周囲の岩石による封圧環境下にあり,大きな圧縮応力をうけている.したがって,引張によってき裂が発生することはまれであると考えられていた.しかしながら本研究で示されるように,冷却によって大きな引張応力が発生することから,地下においても引張き裂が発生する可能性が高いことが示唆された.
フォノンを通して観るリラクサー強誘電体の巨大誘電応答とMPB

結晶の中の不均一構造の解明するために,「偏光回転ラマン分光システム」を構築した.システムは「1.低振動数測定/ 2.短時間測定/ 3.光の偏光面を制御して各ラマンテンソル成分にアクセスできる./ 4.環境変化/ 5. x-y-zのマッピング」のような,ラマン散乱を最大限活用できるように工夫した.その結果,ペロブスカイト型強誘電体の不均一構造,ファノ効果,リラクサー強誘電体の分極回転機構に関する多くの知見を得ることができた.巨大誘電・圧電応答を示す「リラクサー強誘電体」において,相図と巨大応答の関係を明らかにする目的のため,初年度はラマン散乱測定システムの開発を行った.偏光を波長板で制御する「角度分解ラマン分光システム」とモーターステージを使った「ラマンマッピングシステム」を融合させた特徴ある装置が完成した.代表的な強誘電体であるチタン酸バリウムにおいて測定を行い,局所構造に関する多くの情報を本装置を使って得ることができた.今後は,リラクサー強誘電体に対して本装置を活用し,フォノンを通して相図と巨大応答の関係を明らかにする.ラマン散乱の選択則を利用することで,イオンの振動に加えてイオンの配列(構造)を知ることができる.しかし,選択則を利用するには光学配置を大きく変化させる必要があり,ラマン散乱の性質を活用できていなかった.本研究では,光の偏光を波長板で制御して,簡便に光学配置を変化させることができる「角度分解偏光ラマン分光システム」を開発した.今までは1つのデータしか得られなかったところで偏光角度の違うたくさんのデータを得ることができて,物質の特徴を詳細に引き出すことができるようになった.本研究では,コンデンサ材料・圧電材料として非常に重要な「ペロブスカイト型強誘電体」の不均一性について,角度分解偏光ラマン分光システムを用いて実験・考察を行った.チタン酸バリウム(BaTiO3)では全体の性質はミクロな性質は異なり,ミクロな不均一構造の平均として全体の性質が現れていることが明らかになった.また,K(TaNb)O3結晶においてはファノ共鳴現象を観測して,モードの対称性と結合を明らかにすることに成功した.これらのラマン分光で得られた不均一性に関する結果は,放射光の回折実験で散漫散乱を観測したり,二体相関関数を決定することにより,より深く議論を進めている.特に,工業的に重要なリラクサー強誘電体において,「巨大応答が現れる組成・温度では,結晶の相関長が小さくなる」という重要な事実を突き止めることができた.これらの成果を材料開発にも取り入れて,特許の申請も行った.角度分解偏光ラマン分光システムによって,大量のスペクトルから物質の性質を明らかにすることが可能となった.今後は,様々なシステムに応用し,決定的な情報を次々と引き出していきたい.結晶の中の不均一構造の解明するために,「偏光回転ラマン分光システム」を構築した.システムは「1.低振動数測定/ 2.短時間測定/ 3.光の偏光面を制御して各ラマンテンソル成分にアクセスできる./ 4.環境変化/ 5. x-y-zのマッピング」のような,ラマン散乱を最大限活用できるように工夫した.その結果,ペロブスカイト型強誘電体の不均一構造,ファノ効果,リラクサー強誘電体の分極回転機構に関する多くの知見を得ることができた.申請書に示した計画通りに装置の開発が進んだため.物性物理学リラクサー強誘電体(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3の組成傾斜試料(準備済)に対して本装置を活用し,フォノンを通して相図と巨大応答の関係を明らかにする.装置完成後にデータ取得のための人件費を計上していたが,完成が年度終盤になり,執行できなかった.装置は完成したので,今年度,データ取得のための人件費として使う.
量子相関光子対を利用した高効率２光子励起法の開拓とその光化学反応への応用

本研究は、量子相関光子対と呼ばれる時・空間的に強い相関をもつ光子を利用することにより、特定の電子励起状態を選択的に作り出し、そこから進行する光化学反応の精密制御を目指すものである。そのために、量子相関光子対による高効率2光子励起の光学系を構築し、1光子励起や古典的な2光子励起に伴うダイナミクスや反応機構が判明している光異性化反応系に適用する。励起確率の光強度次数、光反応収率、ダイナミクスなどの励起状態を特徴づける因子を測定し、量子相関光子対によって誘起される特異な光反応の支配因子を実験的に明らかにする。