hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｌｉイオン電池を代替する次世代高性能燃料電池の開発

長時間駆動が可能な次世代型小型電源として、直接ギ酸形燃料電池(DFAFC)に注目した。DFAFCは直接形燃料電池の中では出力が高いため、小型化が可能であるが、時間の経過に伴い出力が低下する。そこで本研究では、空気極由来の出力低下の抑制が可能な新規電極構造体と燃料極由来の出力低下の抑制が可能な新規触媒をDFAFCに適用することで、DFAFCの出力低下の抑制に取り組んだ。その結果、空気極由来の出力低下抑制に成功した。また、作製した触媒は高い被毒耐性を示すが、セルでの出力が低いため、本触媒に適した新たな設計指針を構築する必要が有ることがわかった。本研究では直接ギ酸型燃料電池(DFAFC)の経時的な出力低下を抑制して、Liイオン電池の代替となり得る次世代高性能電池の開発に取り組んでいる。DFAFCは直接燃料電池の中でも比較的高い出力密度が得られるが、時間の経過に伴い、出力が大幅に低下する。この問題は、空気極における水の蓄積による酸素供給阻害と燃料極の触媒被毒に起因するものであり、平成24年度には新規電極構造体により出力低下を80%から10%まで低減することに成功した。本年度はもうひとつの出力低下因子である触媒被毒の抑制に向けて、新規燃料極触媒担体の開発に取り組んだ。触媒担体として、カーボンナノファイバーにTiO2, SiO2,カーボンブラックを埋没させたものを、静電紡糸法により作製した。この担体にPdを担持し触媒活性と活性維持率を比較したところ、いずれの触媒においても従来触媒(Pd-blackやPd/C)と比較して、触媒活性、維持率ともに大幅に向上することがわかった。特に、カーボンブラックを埋没させたCNFにおいてこの傾向は顕著であり、触媒活性で従来比2倍程度、活性維持率は従来比3倍以上に向上した。この活性向上・被独抑制メカニズムについて現状では明らかにできていないが、担体作製時に行った水蒸気賦活によって生成した微小細孔の容積との相関があると推察している。これらをふまえ次年度以降は、作製した触媒を用いたセル作製また、更なる触媒活性・活性維持率の向上にむけて検討を進める。本研究ではLiイオン電池の代替となる高性能直接型ギ酸燃料電池(DFAFC)の開発に取り組んでいる。DFAFCは高出力が得られ、エネルギー密度が高い電源として期待されているものの、発電時間の経過に伴い出力が大幅に低下する。この問題は燃料極の触媒被毒と空気極における水の蓄積による酸素供給阻害(フラッティング)に起因するものであり、本研究は3年後に出力低下を抑制したDFAFC単セルを開発するものである。当該年度は、空気極の出力低下抑制が可能な電極構造の高度化に取り組んだ。これまでの検討で、空気極に撥水性多孔質体を挿入することでフラッティングの抑制が可能であることを明らかにしていたが、セル内部での物質移動についての検討が乏しくかった。そこで、当該年度は出力低下抑制効果の向上を狙い、DFAFCセル内部の物質移動解析を行った。その結果、電流密度の増加に伴い、燃料極から空気極へ移動する水の流束が著しく増加し、フラッティングによる出力低下が顕著になることを明らかにした。また、電解質膜の厚さや燃料濃度が水の透過流束におよぼす影響を検討したところ、電解質膜厚さが厚い場合、燃料濃度が濃い場合に水の透過流束が大きくなることを明らかにした。これらをふまえ、空気極に挿入する撥水性多孔質体の撥水強度を増加させたセルを作製し、異なる電解質膜厚さや燃料濃度で試験を行った。その結果、いずれの場合でも、空気極に蓄積する水の排出速度が増加し、出力低下の抑制効果が増加することを明らかにした。最も出力低下抑制効果の大きい条件では、従来80%程度の出力低下があったのに対し、出力低下を10%程度まで低減することに成功した。一方、次年度以降検討予定の新規被毒抑制が可能な燃料極触媒の作製方法に関しても予備検討を行い、高い活性が得られる触媒合成方法を確立したので、次年度以降は燃料極触媒の被毒抑制に着手する予定である。本研究は、Liイオン電池を代替する新規燃料電池として直接ギ酸形燃料電池に注目し、直接ギ酸形燃料電池の課題である時間の経過に伴う出力低下を抑制してLiイオン電池と同等のエネルギー密度の達成を狙ったものである。出力低下の抑制には2つのアプローチを用いた。ひとつ目は、新規電極構造体による空気極由来の出力低下を抑制するものであり、1時間で80%程度低下していた出力をから10%程度まで抑制することに成功した(平成24年度)。ふたつ目のアプローチとして、燃料極由来の出力低下因子である、触媒被毒を抑制するための新規触媒の開発を行った(平成25ー26年度)。

これまで、TiO2やSiO2といったナノ酸化物粒子には触媒被毒の抑制効果があることは知られていたが、酸化物を用いることによる電気伝導性の低下により高い出力が得られないことが問題であった。そこで、本研究ではこれら酸化物粒子の被毒抑制効果と電気伝導性をいずれも担保できるように、酸化物粒子をカーボンナノファイバーに埋め込む触媒担体を開発した。その結果、既存触媒の4倍に相当する触媒活性が得られ、活性維持率は従来の23倍以上に向上させることに成功した。しかしながら、これらを用いて直接ギ酸形燃料電池セルを作成したところ、わずかに出力低下の改善が見られたが、触媒評価で得られたほどの出力低下改善効果は見られなかった。今回用いた触媒は従来の粒子状触媒とは異なり繊維状触媒であったため、新たな触媒層の設計が必要であることを示唆した結果であり、今後はこれの最適化に取り組む。プロセス工学、特に燃料電池本研究は3年でDFAFCの燃料極・空気極の出力低下を抑制するものであり、平成24年度に空気極出力低下の抑制に成功し、平成25年度で予定通り触媒被毒の抑制が可能な新規触媒の開発に成功した。当初は申請者が研究機関を移動したことから研究の遅延が予想されたものの、研究は予定通り順調に進展した。本年度は、これまでの結果をふまえセルを用いて出力低下を抑制したDFAFCを作製する予定である。本研究は3年でDFAFCの燃料極、空気極の出力低下を抑制するものであり、平成24年度に空気極出力低下を、平成25年度に燃料極出力低下を抑制し、平成26年度にはこれらを併せた高性能DFAFCを開発するものである。当該年度で達成予定であった、空気極構造体の最適化についてはおおよそ目標通り達成することができたため、当該年度の目標はおおね達成できたと考えている。しかしながら、次年度以降に取り組む予定である、燃料極触媒開発に関しては、申請者が研究機関を移動したこともあり、触媒担体の作製に向けた装置作製等の準備が当初の予定よりいささか遅れている。一方で、高分子凝集剤を使用した触媒作製に関しては、高い活性が得られる触媒の調整方法を明らかにすることができた。そのため、次年度以降に検討予定である高分子安定化剤を用いた触媒の被毒抑制効果についての準備に関しては行うことができたと考えている。平成26年度は前年度までの知見を集約し、出力低下を抑制した単セルの開発を行う。単セルの作製において、ファイバー系触媒を用いた触媒層の作成方法を最適化する必要がある。また、それにともない触媒組成比等も調整する必要があるため、前年度の検討で最も高い効果が得られたカーボンブラック埋没カーボンナノファイバー触媒の評価も並行して進める予定である。平成25年度は燃料極触媒の被毒抑制が可能な触媒担体の作製およびその評価を行う。触媒担体には、TiO2ナノファイバ-やNiOナノファイバー等を用いる。これらの作製には静電紡糸法を用いる。なお、装置は現有のものを用いる予定であったが、申請者の研究機関移動に伴い、新規に作製する必要が生じたため、装置の製作から開始する予定である。静電紡糸により均一な径で比表面積の大きなナノファイバーが得られるため、得られたナノファイバーにPdやPtRuなどを担持し、これらが出力低下抑制効果に及ぼす影響について検討する。また、担持方法や担持量等の最適化も行う。これと並行して、触媒の粒子径と触媒被毒の関係についても調査する。
内湾・沿岸域・集水域統合管理政策の日米比較研究―Adaptive Management形成過程の視点から

本科研費の関係で、都合2回メリーランド州に調査を行い(2002年1月、2003年1月)、EPA等連邦機関、州行政、研究者、漁業者、市民のヒアリングで、貴重な知見を得た。また、日本の内湾管理の方法、とりわけ総量規制プログラム、非点源の水質管理政策について整理、分析するために環境庁へのヒアリング、三重県行政からのヒアリングを行った。その結果次のことを明らかにした。日米の内湾管理システムの立ち上がり過程を、その意思形成のしくみ、水質管理政策とのかかわり、両国の行政間関係等に注目して比較検討した。その際、日本は伊勢湾と瀬戸内海、アメリカではサンフランシスコ湾とチェサピーク湾を取り上げた。地域的な個性と国別の個性を考慮することによって、両国ともに目標とする「エコシステムマネジメント」に対してアメリカでは早くから制度的なバックアップがあり、早くからシステムが形成されてきたのに比べ、日本がようやくその実現にむけて動き始めていることを示した。また、チェサピーク湾プログラムの内湾モデルは、異なった専門分野間の協働、コンピュータシステムの向上、機能的に分けられた専門的組織間の情報交換を促進するための中立的組織の存在によって発展したことがわかった。その中立的組織は多様な研究者間の交流を促進するためにワークショップを開催や水質モデルの外部評価を行っている。また、チェサピーク湾プログラムがモデルを重視した考え方や手法の中に、アメリカで1990年代半ば以降に標準的な手法になったといわれる「順応的管理(Adaptive Management)」や「エコシステムマネジメント」の考え方を読みとることができることを示した。○当研究のタイトルとなっている「統合管理(Integrated Management)」「Adaptive Management」およびそれらと深く関わる概念である「Ecosystem Management」「Governance」に関して行われている議論を整理しつつある。また2001年11月に行われた第5回国際エメックス会議に出席し、これらの概念に関するさまざまな展開を理解した。○チェサピーク湾プログラムの展開過程を整理し、これらの概念で表現される管理方法がどのように貫かれているのか、という視点から、既存資料を分析し、かつ今年度1月前半からメリーランド州を訪問し、プログラムに関与している多様なセクターすなわち、連邦行政(環境保護庁)、州機関(メリーランド州環境局、メリーランド州自然資源局)、研究者、市民団体から全部で21名もの方々に対してヒアリングを行った。たいへん参考になる貴重な知見を得た。○日本の内湾管理の方法について整理、分析するために環境庁へのヒアリングを行い、資料を入手した。2年目は日本の実情調査をさらに強化したい。○すでに発表した論文において取り組みつつあるが、上記諸概念と関わる「プログラム組織論(さまざまな異なる組織、セクターの関与形態)」「プログラム進行論(モニタリング、モデリング、指標等総合評価、行政組織間の役割分担、セクター間の関係等)」「市民参加の質」「研究者関与の質」という視点で、日米の内湾管理の比較を行いつつある。○内湾管理がエコシステムマネジメントとして成り立つための試金石として水質と生物生存条件とのかかわりの評価問題がある。この点について日米の技術的な議論を含めた比較を行いつつある。〇チェサピーク湾プログラムの内湾モデルは、異なった専門分野間の協働、コンピュータシステムの向上、機能的に分けられた専門的組織の設置、協働と情報交換を促進するための中立的組織の存在によって発展したことがわかった。〇日米の内湾管理システムの立ち上がり過程を、その意思形成のしくみ、水質管理政策とのかかわり、両国の行政間関係等に注目して比較検討した。

その際、日本は伊勢湾と瀬戸内海、アメリカではサンフランシスコ湾とチェサピーク湾を取り上げ、地域的な個性と国別の個性を抽出しながら、両国ともに目標とする「沿岸域統合管理」の到達段階とあり方を論じた。〇「日米の漁業管理システムの比較」という視点から、日本においては伊勢湾のイカナゴの管理、アメリカにおいてはチェサピーク湾のブルークラブの管理問題を取り上げ、モニタリング体制、漁業者の関与、研究者と行政の連携等の側面から比較検討を行った。〇本科研費の関係で、都合2回メリーランド州に調査を行い(2002年1月、2003年1月)、EPA等連邦機関、州行政、研究者、漁業者、市民のヒアリングで、貴重な知見を得た。〇日本の内湾管理の方法、とりわけ非点源の水質管理政策について整理、分析するために環境庁へのヒアリング、三重県行政からのヒアリングを行った。
ポスト肝炎ウイルスにおけるミトコンドリア障害と過剰鉄が誘導する肝発癌機構の解析

脂肪肝モデルではミトコンドリア複合体IVの一部であるCOX72aの発現低下を認め、メチレーションも有意に亢進していた。これらの機能低下が脂肪肝・酸化ストレス上昇介して脂肪肝における鉄過剰状態を形成する可能性が考えられた。一方で、脂肪肝発癌モデルであるSTMEマウスにおいて3週間経口鉄キレート剤を内服させたところ、肝細胞障害・線維化進展を抑制したものの、12週間継続投与試験では、発がん抑制効果は認めず、鉄キレート剤単独での肝発がん抑制効果は不十分であるとことが明らかになり、多剤併用が必要と考えられた。C57BL/6N(N)とC57BL/6J(J)を用いて以下の検討を行った。N(n=7)とJ(n=8)に生後2ヶ月からControl食に維持食として使用されるAIN93M(Ferric citrate 210mg含有)と同量の鉄置換食(carbonyl iron)食を与え6ヶ月後、肝脾を摘出し組織学検討、肝脾内鉄濃度、中性脂肪、血清より肝機能、血糖値、hepcidin値や酸化ストレスに対する抗酸化能としてBAP/dROMを測定し解析した。また各群でマイクロアレイ解析を行い、異常発現に関してはreal-time PCR、一部はwestern blotにて確認した。AIN93M飼育においても、NはJに比べ有意差は認めないも肝体重比、肝内鉄濃度が上昇傾向、hepcidinが低下傾向を示し、肝脂肪化の増強と有意なALT上昇(159±89 vs 33±18IU/L),脾内鉄濃度低下(899±238 vs 1262±248ug/g spleen)を認め、脾臓内で処理される鉄が不十分であることが肝脂肪化増強、ALT上昇の一因になると推測された。この現象はcarbonyl iron負荷により著明となり、肝蔵内鉄濃度はAIN食に比べ上昇を認めないものの、Nは有意にJに比べALT上昇(502±30 vs138±68IU/L)と脾内鉄濃度低下(1321±421vs1783±92ug/g spleen)を認め、BAP/dROM低下(15±2.1vs 29±0.3)、肝体重比上昇(4.5±0.4 vs 4.0±0.4 %)より肝内での酸化ストレス亢進が示唆された。マイクロアレイ解析で、ミトコンドリアによる脂肪酸分解抑制、及び呼吸鎖複合体IV機能異常が抽出されたため、CPT1/2のwestern blotや複合体IV酵素活性やsubunitsをreal time PCRにて確認したところCPT1/2の発現低下によるβ酸化抑制、及び複合体IV活性低下、更に複合体IVのsubunitであるCoX7a2発現低下が確認された。脂肪肝モデルであるC57BL/6N(N)ではcontrolであるC57BL/6J(J)に比べ、肝ミトコンドリア呼吸鎖複合体IVのsubunitであるCOX7a2のメチレーションがその機能障害や脂肪酸分解抑制に左右していると考えられたため、脂肪性肝疾患発がんモデルであるSTMEマウスを用いてその経時的変化と確認中である。また鉄キレート剤をSTMEマウスに脂肪性肝炎発症後3週間経口させたところ、肝細胞障害が軽減されていることが明らかになった。一方で肝硬変完成後に経口させても、肝発がん抑制効果を認められず、鉄過剰抑制は慢性肝炎時期から開始すべきと考えられた。脂肪肝モデルではミトコンドリア複合体IVのsubunitであるCOX7a2の発現低下を認め、そのメチレーション解析を行ったところ有意な差を認め、ミトコンドリア呼吸鎖のメチレーションの亢進から機能低下より脂肪肝・酸化ストレス亢進より鉄過剰状態が形成されるの可能性が考えられた。また、脂肪肝発癌モデルであるSTMEマウスを用いて3週間経口鉄キレート剤を投与したところ、肝細胞障害・肝線維化抑制効果が確認された。一方、12週間経口させ肝発がん抑制実験を行ったが有意差を認めず、経口鉄キレート剤単独では肝発がん抑制効果は不十分と考えられた。マウス研究では仮説通りの結果が得られており、解析・論文化に耐えられると考えられる。肝臓病学これまでに解析から脂肪性肝疾患時の鉄過剰状態亢進の原因の一つとしてミトコンドリア呼吸鎖複合体IVのエピゲノム変化が考慮され、STMEマウス他、別モデルでの評価を確認する。鉄キレート剤は肝炎発症早期から使用した方が良い可能性があり、現在、その発がん抑制効果についても確認中である。マウス研究では仮説通りの結果が得られており、sampleは充分に得られており、解析に耐えれると考える。これまでの検討で、鉄過剰餌マウス(6NFe)は6か月目で肝脂肪化と肝内ROS産生亢進が観察され、ミトコンドリア機能障害が確認できる。

この現象は6JFeでは極めて軽微であることも確認されている。C57BL/6NとC57BL/6Jは遺伝子背景に差がないとされているが、肝臓が抽出されたDNAにより、次世代シーケエンサーによりミトコンドリアゲノム解析を行い鉄代謝異常が誘導された原因を解析する。ゲノム解析で差異を認めなった場合には、次世代シーケエンサーによりメチレーション解析を行い、鉄過剰・酸化ストレスに伴う変化を検討する。
モデル小動物イメージングのための新しい遺伝子コード型プローブの開発

蛍光イメージングは,もし細胞内や生体で生起する分子過程を可視化する蛍光プローブが開発されれば,その時空間動態を観察するための最も強力な技術となり得る.本研究では,活性酸素種や環状核酸等の細胞内分子過程を可視化する蛍光プローブを開発すると共に,細胞内シグナル伝達を光で自由自在に操作するための分子ツールを開発した.本研究では,「モデル小動物に基づくシステム分子行動学研究」に資する技術の創製を目的として,以下の3つの開発研究を行う.(研究目的1)モデル小動物の神経細胞において極めて重要性の高い環状核酸を特異的にイメージングする遺伝子コード型の単色蛍光プローブを設計・開発し,既存の遺伝子コード型Ca^<2+>単色蛍光プローブとあわせて,モデル小動物の特定神経細胞における多成分同時in vivoイメージングを実現する.(研究目的2)生体情報分子(キナーゼ,およびイノシトールリン脂質)の細胞内動態がそれぞれどのような細胞・個体機能を制御しているのかを明らかにすべく,それらの細胞内"局所的ノックダウンプローブ"を開発する.(研究目的3)従来にない全く新しい"光制御プローブ"を設計・開発し,モデル小動物の任意の特定細胞における細胞機能の光制御を実現する.蛍光イメージングは,もし細胞内や生体で生起する分子過程を可視化する蛍光プローブが開発されれば,その時空間動態を観察するための最も強力な技術となり得る.本研究では,活性酸素種や環状核酸等の細胞内分子過程を可視化する蛍光プローブを開発すると共に,細胞内シグナル伝達を光で自由自在に操作するための分子ツールを開発した.本研究では,「モデル小動物に基づくシステム分子行動学研究」に資する技術の創製を目的として,新しい遺伝子コード型の分子プローブの開発研究を行うことを目的としている.また,本領域研究者がフォーカスする分子過程(例えばc-fosとc-Junのタンパク質問相互作用)についても,ショウジョウバエ等モデル小動物の神経細胞における時間的・空間的動態を可視化計測する遺伝子コード型の蛍光プローブの設計・開発を共同で行う.計画全体の目標としては,小動物の神経細胞において極めて重要が高い環状核酸等の動態のイメージングを実現する遺伝子コード型の単色蛍光プローブの開発,キナーゼやイノシトールリン脂質等の生体情報分子の局所的ノックダウンプローブの開発,モデル小動物の任意の特定細胞における遺伝子発現の光制御プローブの開発,を掲げている.研究初年度である平成20年度においては,特に,生体情報分子(キナーゼであるAkt,および生体脂質であるホスファチジルイノシトール3, 4, 5-三リン酸)の細胞内動態が,それぞれどのような細胞機能や個体レベルでの生理作用を制御しているのかを明らかにすべく,当該生体情報分子の細胞内"局所的ノックダウンプローブ"を設計し,これをコードするcDNAを遺伝子工学的手法に基づいて作製した.作製したAktおよびホスファチジルイノシトール3, 4, 5-三リン酸のそれぞれの局所的ノックダウンプローブのcDNAを培養細胞に発現させ,当該生体情報分子の機能阻害能について培養細胞レベルでの基礎的評価を終えつつある.本研究では,「モデル小動物に基づくシステム分子行動学研究」に資する技術の創製を目的として,新しい遺伝子コード型の分子プローブの開発研究を行うことを目的としている.また,本領域研究者がフォーカスする分子過程(例えばc-fosとc-Junのタンパク質問相互作用)についても,ショウジョウバエ等モデル小動物の神経細胞における時間的・空間的動態を可視化計測する遺伝子コード型の蛍光プローブの設計・開発を共同で行う.計画全体の目標としては,小動物の神経細胞において極めて重要が高い環状核酸等の動態のイメージングを実現する遺伝子コード型の単色蛍光プローブの開発,キナーゼやイノシトールリン脂質等の生体情報分子の局所的ノックダウンプローブの開発,モデル小動物の任意の特定細胞において細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブの開発,を掲げている.平成21年度においては,特に,細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブの開発研究において進展が見られた.植物は光を受容して機能するタンパク質(photoreceptor)を有している.我々は光照射依存的に相互作用を生起するphotoreceptorを解析する実験系を構築し,これを用いて,様々なphotoreceptorをスクリーニングするすることにより,非常に興味深いphotoreceptorを見つけ出すことに成功した.その一つは,光照射依存的に約100万分子の複合体を形成するphotoreceptor-X1である.このphotoreceptor-X1を用いることにより,同種・異種タンパク質の離合集散を自由自在に光制御できると考えており,現在これを用いて,細胞内シグナル伝達を光制御する分子プローブを開発している.もう一つは,光照射依存的に二量体を形成するphotoreceptor-X2である.これについても,分子プローブを開発し,そのキャラクタリゼーションを行っている.本研究では,「モデル小動物に基づくシステム分子行動学研究」に資する技術の創製を目的として,新しい遺伝子コード型の分子プローブの開発研究を行うことを目的としている.また,本領域研究者がフォーカスする分子過程(例えばc-fosとc-Junのタンパク質間相互作用)についても,ショウジョウバエ等モデル小動物の神経細胞における時間的・空間的動態を可視化計測する遺伝子コード型の蛍光プローブの設計・開発を共同で行う.計画全体の目標としては,小動物の神経細胞において極めて重要が高い環状核酸等の動態のイメージングを実現する遺伝子コード型の単色蛍光プローブの開発,キナーゼやイノシトールリン脂質等の生体情報分子の局所的ノックダウンプローブの開発,モデル小動物の任意の特定細胞において細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブの開発,を掲げている.

平成22年度においては,細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブを開発するために,光受容体(photoreceptor)の探索研究を行い,光照射依存的に約100万分子の複合体を形成するphotoreceptor-X1,および光照射依存的に二量体を形成するphotoreceptor-X2を見いだした.さらに,小動物の神経細胞で環状核酸の動態のイメージングを実現する遺伝子コード型の単色蛍光プローブの開発研究を推進し,リードプローブを得た.本研究では,「モデル小動物に基づくシステム分子行動学研究」に資する技術の創製を目的として,新しい遺伝子コード型の分子プローブの開発研究を行うことを目的としている.また,本領域研究者がフォーカスする分子過程(例えばc-fosとc-Junのタンパク質問相互作用)についても,ショウジョウバエ等モデル小動物の神経細胞における時間的・空間的動態を可視化計測する遺伝子コード型の蛍光プローブの設計・開発を共同で行う.計画全体の目標としては,小動物の神経細胞において極めて重要が高い環状核酸等の動態のイメージングを実現する遺伝子コード型の単色蛍光プローブの開発,キナーゼやイノシトールリン脂質等の生体情報分子の局所的ノックダウンプローブの開発,モデル小動物の任意の特定細胞において細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブの開発,を掲げている.平成23年度においては,平成22年度までにリードプローブを得ていた環状核酸の単色蛍光プローブについて基礎的なキャラクタリゼーションを行い,当該プローブが過去におこった環状核酸の濃度上昇を記憶するメモリーとしての機能を有することを明らかにした.さらに,当該プローブにアミノ酸変異を導入し,その輝度を大幅に向上させた.平成23年度の終盤には,単色蛍光プローブを神経細胞に導入したトランスジェニック線虫を作製したので,次年度に当該モデル小動物における環状核酸のイメージングを行う予定である.また平成23年度においては,細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブを開発するために,光照射依存的に二量体を形成するphotoreceptor-X2にアミノ酸変異を施し,その特性を大きく改良した,本研究では,「モデル小動物に基づくシステム分子行動学研究」に資する技術の創製を目的として,新しい遺伝子コード型の分子プローブの開発研究を行うことを目的としている.計画全体の目標としては,小動物の神経細胞において極めて重要が高い環状核酸等の動態のイメージングを実現する遺伝子コード型の単色蛍光プローブの開発,モデル小動物の任意の特定細胞において細胞内シグナル伝達の光制御を実現する分子プローブの開発等を掲げている.平成24年度においては,前年度までに開発を進めてきた環状核酸の単色蛍光プローブの候補物質に対してアミノ酸変異を導入し,その輝度を大幅に向上させた.当該蛍光プローブを導入したトランスジェニック線虫を作製し,当該プローブが線虫の神経細胞における環状核酸の生成をイメージングできることを示した.
高安全な移動支援機器のための人間と機械の相互インターフェース技術に関する研究

超高齢社会では,高齢者も含めて誰もが気軽に乗れる徒歩移動圏での新しい乗り物(パーソナルモビリティビークル,以下PMV)が必要である.PMVに求められる機能として,徒歩移動圏に存在する段差や傾斜などへの対応と,移動の大半を占める舗装路面上でのエネルギ効率と高速性能の高さがある.それらを解決するためにRT-Mover PType WAを開発し,基課題ではコンパクトでシンプルな機構での重心移動技術を活用して3段の階段程度までの移動能力を達成した.障害者が搭乗者となり競い合う国際大会「サイバスロン」にも出場して性能評価を世界レベルで行った.結果は世界4位であり,ロボティクス技術の完成度に関して高く評価された.このPMVの実用化のためには,次は「安全性の向上」である.搭乗者の状況に応じて機体を制御することで高い安全性を目指したいと考えており,そのために最先端の人と機械のインターフェース技術を活用する必要がある.本研究では,世界最先端レベルの知見が集積しているETH ZurichのSensory-Motor Systems Lab.と共同研究を行うことで,「究極の安全性」を持つPMVの開発のための人と機械の相互インターフェースに関する要素技術を確立する予定である.本年度の研究期間は交付開始から3ヵ月間と短期間であるため,研究の立ち上げ期間と意識し,確実に研究を推進するために必要な事項を行った.本年度の研究期間は交付から3ヵ月間であるため,今年度は研究の立ち上げを行い,研究の推進を確実にするために以下のことを行った.・渡航先との交渉:渡航先での研究期間や研究環境を打ち合わせし,具体的な手続きを進めている.受け入れ先研究室との打ち合わせの後,現所属機関からの承認書類などを送付し,渡航先機関の事務手続きへと進んでいる.・研究の立ち上げ:関連する研究の状況を広く調査し,研究の視点をさらに広めた.その上で,本研究で活用する生体信号について,取得できる生体信号の種類や特徴を調査,分析した上で,センサとコンピュータを使用した信号計測システムの要素技術を準備した.・渡航のための準備:渡航するにあたっての代替要員の検討や渡航期間中の現所属の教育研究活動の維持などについての方法を検討した.以下の準備を十分に行い,2020年3月からの渡航先での研究を充実したものにする.・渡航先との交渉:渡航前に十分に打ち合わせを行い,研究環境を整えておく.また,研究内容も十分に打ち合わせておき,渡航後すぐに,研究が軌道に載れるようにする.・渡航前の準備:渡航先での研究に専念できる状況をしっかり整えることが重要である.現所属機関での講義,教育研究活動が渡航中に滞りなく行われるように,事前に代替要員の確保や所属研究室の教育研究支援体制を構築する.・研究の推進:渡航前に行える研究準備を十分に行うことで,渡航後には渡航先でしか行えない研究を行い,その成果を最大限に吸収できるようにする.具体的には,本研究で活用可能な生体信号の計測技術の習得,あるいは,人と機械のインターフェースに関する技術の習得を行う.また,パーソナルモビリティビークル自体の制御技術や環境認識技術の高度化を推進し,本研究で注目するヒューマンマシンインターフェース技術との融合を高いレベルで図れるように準備をしておく.内定年度:2017超高齢社会では,高齢者も含めて誰もが気軽に乗れる徒歩移動圏での新しい乗り物(パーソナルモビリティビークル,以下PMV)が必要である.PMVに求められる機能として,徒歩移動圏に存在する段差や傾斜などへの対応と,移動の大半を占める舗装路面上でのエネルギ効率と高速性能の高さがある.それらを解決するためにRT-Mover PType WAを開発し,基課題ではコンパクトでシンプルな機構での重心移動技術を活用して3段の階段程度までの移動能力を達成した.障害者が搭乗者となり競い合う国際大会「サイバスロン」にも出場して性能評価を世界レベルで行った.結果は世界4位であり,ロボティクス技術の完成度に関して高く評価された.このPMVの実用化のためには,次は「安全性の向上」である.搭乗者の状況に応じて機体を制御することで高い安全性を目指したいと考えており,そのために最先端の人と機械のインターフェース技術を活用する必要がある.本研究では,世界最先端レベルの知見が集積しているETH ZurichのSensory-Motor Systems Lab.と共同研究を行うことで,「究極の安全性」を持つPMVの開発のための人と機械の相互インターフェースに関する要素技術を確立する予定である.本年度の研究期間は交付開始から3ヵ月間と短期間であるため,研究の立ち上げ期間と意識し,確実に研究を推進するために必要な事項を行った.本年度の研究期間は交付から3ヵ月間であるため,今年度は研究の立ち上げを行い,研究の推進を確実にするために以下のことを行った.・渡航先との交渉:渡航先での研究期間や研究環境を打ち合わせし,具体的な手続きを進めている.受け入れ先研究室との打ち合わせの後,現所属機関からの承認書類などを送付し,渡航先機関の事務手続きへと進んでいる.・研究の立ち上げ:関連する研究の状況を広く調査し,研究の視点をさらに広めた.その上で,本研究で活用する生体信号について,取得できる生体信号の種類や特徴を調査,分析した上で,センサとコンピュータを使用した信号計測システムの要素技術を準備した.・渡航のための準備:渡航するにあたっての代替要員の検討や渡航期間中の現所属の教育研究活動の維持などについての方法を検討した.以下の準備を十分に行い,2020年3月からの渡航先での研究を充実したものにする.

・渡航先との交渉:渡航前に十分に打ち合わせを行い,研究環境を整えておく.また,研究内容も十分に打ち合わせておき,渡航後すぐに,研究が軌道に載れるようにする.・渡航前の準備:渡航先での研究に専念できる状況をしっかり整えることが重要である.現所属機関での講義,教育研究活動が渡航中に滞りなく行われるように,事前に代替要員の確保や所属研究室の教育研究支援体制を構築する.・研究の推進:渡航前に行える研究準備を十分に行うことで,渡航後には渡航先でしか行えない研究を行い,その成果を最大限に吸収できるようにする.具体的には,本研究で活用可能な生体信号の計測技術の習得,あるいは,人と機械のインターフェースに関する技術の習得を行う.また,パーソナルモビリティビークル自体の制御技術や環境認識技術の高度化を推進し,本研究で注目するヒューマンマシンインターフェース技術との融合を高いレベルで図れるように準備をしておく.
ヒッチンの一般化幾何と超弦理論

T-双対性は、弦理論の低エネルギー有効理論としての重力理論の本質的な特徴である。本研究成果として、T-双対性を明白に持つような超空間の方法を用いて、II型超弦理論の重力理論を定式化を与えた。このT-双対性が明白な超空間は2組の超ポアンカレ代数で生成されるダブル空間である。ここで、T-双対性を明白に表すために、その空間を定義する代数として非縮退アファイン・リー代数を考える必要がある。またラモン・ラモン(RR)ゲージ場を導入するために、RR電荷を超代数の中心拡大として導入した。さらに、κ対称性とT-双対性を明白に持つゲージ不変な超弦作用を提唱した。研究課題「ヒッチンの一般化幾何と超弦理論」について、平成24年度研究計画にあげた超対称な一般化について、タイプII型超弦理論におけるDブレンとM2及びM5ブレンに対するクーラン括弧を導出して一般化された幾何の構造を与えた昨年度の仕事に加え、本年度は超空間を用いて明白な超対称性を保った上で重力理論を構築する仕事を行った。この方法では、これまで扱えなかったフェルミオンの自由度が、超対称性とデュアリティを明白に保つように導入された。つまり、アインシュタイン重力理論を越えた、超弦理論の低エネルギー有効重力理論のRamond・Ramondゲージ場を除いて、この方法で得られたということである。また、高エネルギー散乱QCDにおける散乱振幅の計算において、B中間子内クォーク・反クォーク・グルーオン三体成分の大きさをQCD和則を用いて計算し、可積分性との関連が期待されるカスプ異常次元の効果を考察する定式化を進めた。平成24年度研究計画にある「ヒッチンの一般化幾何を規定しているクーラン括弧の超対称化」について計画通りタイプII超弦理論におけるDブレンとM理論におけるM2ブレン及びM5ブレンに対するクーラン括弧を求め、これを用いて拡張された一般座標変換を導いた。さらにTデュアリティ、Uデュアリティのブレンの力学においてどのような変換なのかを明らかにした。これらの研究は、超弦理論が導く重力の理論がいかに通常のアインシュタイン重力と異なっているか、いかに豊かなデュアリティを内包しているかを示している。また、高エネルギー散乱QCDにおける散乱振幅の計算において、可積分性との関連が期待される“オデロン"に対応するような3点グルーオンの物理を考察した。最優先課題であったTーデュアリティが明白な空間の超対称化に関して、超空間の方法を用いて超重力理論を記述することができ順調に進んでいる。ヒッチンの一般化幾何を規定しているクーラン括弧、自由度を倍にするダブルフィールドの方法ではTーデュアリティ共変なリー括弧またはC括弧の超対称性化を超空間という方法で行った。結果は"Superspace with manifest T-duality from type II superstring"という論文にまとめ、Journal of High Energy Physics 1406(2014)039で発表した。弦が持つ運動量と巻付数を混ぜるTーデュアリティを超対称化すると、N=2の超対称を持つ超弦理論の非縮退性を課した代数となる。さらにその超空間がユニタリーなダイナミクスを記述するためには、カッパ対称性という局所超対称性が必要となり、カッパ対称共変なビラソロ条件を課さなければならない。すると超空間の重力理論の場の方程式の解析において、トージョンへの条件が簡単となり、さらにプリポテンシャルも四脚場(フィアバイン)に含まれていることも分かった。Dブレンを支えるRamond-Ramond場を記述するための新しい自由度を導入して、T-デュアリティが明白である重力理論にDブレンを含めるようにした。これは、"Ramond-Ramond gauge fields in superspace with manifest T-duality"という論文にまとめJournal of High Energy Physics 1502(2015)134で発表した。このことは、2型超重力理論が含むすべての場をすべての対称性の正しい表現で記述でき、T-ディアリティが明白な重力理論のリーマン曲率テンソルを得たということである。具体的には、通常の時空の自由度に帰着させる手続きが必要で、現在論文執筆中の課題である。研究課題"ヒッチンの一般化幾何と超弦理論"における平成27年度に行った研究の成果は、主に次の2つである。1.ラモン・ラモン場を含むTデュアリティを明白に持つ超重力理論の構築2.ダブル空間における左右独立なType II超カレント代数とTデュアリティを明白に持つType II超弦理論の構築Tデュアリティを明白に持つような、超弦理論の低エネルギー有効理論として、Type II超重力理論を超空間の方法で構築した。前回の論文では考慮していなかったラモン・ラモン(RR)ゲージ場を、今回の論文でラモン・ラモンゲージ場の記述を定式化した。Tディアリティを明白にするため、通常の座標と弦理論特有の巻付量に対する座標を導入してダブル空間におけるType II超代数を用いる。今回はさらにラモン・ラモンゲージ荷電を記述するため、中心拡大されたType II超代数を与えた。この代数が支配する超空間の重力理論として、Type II超重力理論を定式化した。また、この代数を満たす具体的な表現をカレント代数として与えた。そのカレントを用いて、明白なTデュアリティとκ対称性及び世界面の微分同相写像不変性を持つ超弦の作用を与えた。

本研究成果として、T-双対性を明白に持つような超空間の方法を用いて、II型超弦理論の重力理論を定式化を与えた。このT-双対性が明白な超空間は2組の超ポアンカレ代数で生成されるダブル空間である。ここで、T-双対性を明白に表すために、その空間を定義する代数として非縮退アファイン・リー代数を考える必要がある。またラモン・ラモン(RR)ゲージ場を導入するために、RR電荷を超代数の中心拡大として導入した。さらに、κ対称性とT-双対性を明白に持つゲージ不変な超弦作用を提唱した。最優先課題であったTーデュアリティが明白な空間の超対称化の構築に関しては、超空間の方法を用いて構築することができ順調に進んでいる。ヒッチンの一般化幾何を規定しているクーラン括弧の超対称性化をダブルフィールドの超空間という方法で行い、"Superspace with manifest T-duality from type II superstring"という論文にまとめ、Journal of High Energy Physics 1406(2014)039で発表した。また、Dブレンを支えるRamond-Ramond場を記述するための新しい自由度を導入して、T-デュアリティが明白である重力理論にDブレンを含めるようにした。これは、"Ramond-Ramond gauge fields in superspace with manifest T-duality"という論文にまとめJournal of High Energy Physics 1502(2015)134で発表した。AdS/CFT対応への応用に関しては、まだ論文にまとまっていないが、AdS時空の代数をTデュアリティから構築するという方法で解析を行った。AdSという曲がった重力理論側でもディラテーションの演算子が重要な役割を担っていることが示せた。今後はこれをCFT理論における対応を解析していく予定である。素粒子理論今後取り組む研究課題は以下の通りである:(1)T双対性を明白に持つ超空間をリーマン幾何の一般化として定式化。(2)T双対性が明白な超弦、D膜、新奇な膜の作用の構築。Tーデュアリティ変換で得られる新奇なブレンの記述は、まだよくわかっていない。それらに対して、この大きな超空間の新しい切断面を見出すことで記述できるのではないかと期待される。(3)最小距離が及ぼす重力理論への影響の解明。(4)T双対性と可積分性の関係をAdS/CFTにより解析。可積分性とT-デュアリティはその記述方法に類似点が多く、今後その関係を解明していく予定である。研究の推進方策は、日本の共同研究者と議論を重ね、夏期にアメリカの会議に参加してアメリカの共同研究者とも直接議論できるようにする。また、新しい情報を積極的に収集する。一方、Tデュアリティと可積分性の関係は、ゲージ理論の散乱振幅とのデュアリティに現われるであろうと期待し、それはAdS/CFT対応で関係づく。
応力負荷下でのアトミックスケール動的表面観察システムの開発

1.研究目的薄膜の本質的特性を理解するためには、応力を負荷させた状態における挙動を理解することが重要である.しかも今後のナノマシンや材料科学にとって重要となる薄膜や微小構造体の破壊課程やそのメカニズム等を理解するためには、原子レベルでの表面性状の変化を評価する必要がある.しかし、これまで原子分解能を有し、且つ応力変化に対し連続的に表面を観察できた装置は存在しない.本研究ではオンチップ引張試験法とAFMを組み合わせ装置開発を第一とし,さらにナノスケールレベルのTiNやマイカ薄膜の亀裂進展に伴う観察から亀裂制御の指針を解明することを目的とした.2.開発装置の概要オンチップ引張試験部には、エッチングによって形成されたSiチップ試験片を作製し、任意の薄膜を形成したチップに荷重を加える事によって試験片に引張応力を負荷させるシステムを作製した.荷重変化に対する試験片の表面性状変化をAFMによるその場観察できるシステムには,原子像に影響を与える負荷時の力学的振動,音波,気流による振動を防ぐため,ピエゾの固定などの防振機構を開発した.開発装置の性能評価は,オンチップ引張試験に用いるSiチップの試験片部分にmicaを貼り付け、引張試験及びAFMその場観察を行った.引張応力を負荷された任意のひずみ状態においてもmicaに見られる6回対称の規則的な像を観察することに成功した.さらに,弾性係数既知のTiN薄膜のヤング率および破壊歪を同時に測定し妥当な結果が得られた.3.引張応力下でのTiNの破壊形態のAFM観察Siオンチップ上にTiN薄膜を形成し,その破壊形態を観察すると共に,AuおよびPt基板上での破壊形態の比較を行った.TiN薄膜は,引張り方向に垂直に亀裂を発生し,ひずみの増加とともに亀裂は周期的に増加した.この結果よりTiNの破壊形態はGrinfeld instabilityに起因することを明らかにした.基板の弾性係数が低いAu基板上では,その厚さの増大に伴い,脆性的な試験片全体に及ぶ亀裂から細かい無数の亀裂に分布する形態まで大きく変化した.さらに,これらの亀裂パターンとはTiN膜厚とAu基板厚さの比に支配されることが分かり,破壊の制御の可能性を示すことができた.1.研究目的薄膜の本質的特性を理解するためには、応力を負荷させた状態における挙動を理解することが重要である.しかも今後のナノマシンや材料科学にとって重要となる薄膜や微小構造体の破壊課程やそのメカニズム等を理解するためには、原子レベルでの表面性状の変化を評価する必要がある.しかし、これまで原子分解能を有し、且つ応力変化に対し連続的に表面を観察できた装置は存在しない.本研究ではオンチップ引張試験法とAFMを組み合わせ装置開発を第一とし,さらにナノスケールレベルのTiNやマイカ薄膜の亀裂進展に伴う観察から亀裂制御の指針を解明することを目的とした.2.開発装置の概要オンチップ引張試験部には、エッチングによって形成されたSiチップ試験片を作製し、任意の薄膜を形成したチップに荷重を加える事によって試験片に引張応力を負荷させるシステムを作製した.荷重変化に対する試験片の表面性状変化をAFMによるその場観察できるシステムには,原子像に影響を与える負荷時の力学的振動,音波,気流による振動を防ぐため,ピエゾの固定などの防振機構を開発した.開発装置の性能評価は,オンチップ引張試験に用いるSiチップの試験片部分にmicaを貼り付け、引張試験及びAFMその場観察を行った.引張応力を負荷された任意のひずみ状態においてもmicaに見られる6回対称の規則的な像を観察することに成功した.さらに,弾性係数既知のTiN薄膜のヤング率および破壊歪を同時に測定し妥当な結果が得られた.3.引張応力下でのTiNの破壊形態のAFM観察Siオンチップ上にTiN薄膜を形成し,その破壊形態を観察すると共に,AuおよびPt基板上での破壊形態の比較を行った.TiN薄膜は,引張り方向に垂直に亀裂を発生し,ひずみの増加とともに亀裂は周期的に増加した.この結果よりTiNの破壊形態はGrinfeld instabilityに起因することを明らかにした.基板の弾性係数が低いAu基板上では,その厚さの増大に伴い,脆性的な試験片全体に及ぶ亀裂から細かい無数の亀裂に分布する形態まで大きく変化した.さらに,これらの亀裂パターンとはTiN膜厚とAu基板厚さの比に支配されることが分かり,破壊の制御の可能性を示すことができた.1.研究目的薄膜の本質的特性を理解するためには、応力を負荷させた状態における挙動を理解することが重要である。しかも今後のナノマシンや材料科学にとって重要となる破壊メカニズム等を理解するためには、原子レベルでの表面性状の変化を評価する必要がある。しかし、これまで原子分解能を有し、且つ応力変化に対し連続的に表面を観察できた装置は存在しない。本研究ではオンチップ引張試験法とAFMを組み合わせ装置開発を目的とした.また装置性能評価として応力負荷下におけるmica表面の原子像観察について評価を行った。2.開発装置の概要オンチップ引張試験部には、エッチングによって形成されたSiチップ試験片を作製し、任意の薄膜を形成したチップに荷重を加える事によって試験片に引張応力を負荷させるシステムを作製した.荷重変化に対する試験片の表面性状変化をAFMによるその場観察できるシステムには,原子像に影響を与える負荷時の力学的振動,音波,気流による振動を防ぐため,ピエゾの固定などの防振機構を開発した.3.引張応力下での原子レベルのAFM観察結果

オンチップ引張試験に用いるSiチップの試験片部分にmicaを貼り付け、引張試験及びAFMその場観察を行った。引張応力を負荷されたどの状態においてもmicaに見られる6回対称の規則的な像を観察することに成功した。格子間隔についてはひずみ2.37%までは無負荷時の像と同様であった。更に応力を負荷したひずみ4.08%においては、格子間隔が約2倍の周期を有する像が得られたが、明瞭な6回対称周期格子が観察されていることからノイズによる影響とは明らかに区別された。以上のことから本実験装置には任意の応力・ひずみにおいて引張試験を行うことができ、また荷重変化にも対応し得るAFM動的表面観察が可能であることを明らかにした。1.研究目的薄膜の本質的特性を理解するためには、応力を負荷させた状態における挙動を理解することが重要である.しかも今後のナノマシンや材料科学にとって重要となる薄膜や微小構造体の破壊課程やそのメカニズム等を理解するためには、原子レベルでの表面性状の変化を評価する必要がある.しかし、これまで原子分解能を有し、且つ応力変化に対し連続的に表面を観察できた装置は存在しない.本研究ではオンチップ引張試験法とAFMを組み合わせ装置開発を第一とし、さらにナノスケールレベルのTiNやマイカ薄膜の亀裂進展に伴う観察から亀裂制御の指針を解明することを目的とした.2.開発装置の概要オンチップ引張試験部には、エッチングによって形成されたSiチップ試験片を作製し、任意の薄膜を形成したチップに荷重を加える事によって試験片に引張応力を負荷させるシステムを作製した.荷重変化に対する試験片の表面性状変化をAFMによるその場観察できるシステムには、原子像に影響を与える負荷時の力学的振動、音波、気流による振動を防ぐため、ピエゾの固定などの防振機構を開発した.開発装置の性能評価は、オンチップ引張試験に用いるSiチップの試験片部分にmicaを貼り付け、引張試験及びAFMその場観察を行った.引張応力を負荷された任意のひずみ状態においてもmicaに見られる6回対称の規則的な像を観察することに成功した.さらに、弾性係数既知のTiN薄膜のヤング率および破壊歪を同時に測定し妥当な結果が得られた.3.引張応力下でのTiNの破壊形態のAFM観察Siオンチップ上にTiN薄膜を形成し、その破壊形態を観察すると共に、AuおよびPt基板上での破壊形態の比較を行った.TiN薄膜は、引張り方向に垂直に亀裂を発生し、ひずみの増加とともに亀裂は周期的に増加した.この結果よりTiNの破壊形態はGrinfeld instabilityに起因することを明らかにした.基板の弾性係数が低いAu基板上では、その厚さの増大に伴い、脆性的な試験片全体に及ぶ亀裂から細かい無数の亀裂に分布する形態まで大きく変化した.さらに、これらの亀裂パターンはTiN膜厚とAu基板厚さの比に支配されることが分かり、破壊の制御の可能性を示すことができた.
蛋白質中のトリプトファン及びメチオニン含有フラグメントの選択的な超微量単離法

前年度までに,蛋白質中のトリプトファン(Trp)含有フラグメントを高感度,高選択的に捕集する方法を確立できた.即ち,蛋白質中のTrp含有ペプチドをわれわれが開発した蛍光性Koshland試薬(FKR)の誘導体とし, FKR分子のキレート能を利用してFKRラベル化ペプチドのみをキレートカラムで捕集後, EDTAで溶離し,最終的に逆相HPLCで単離するものである.今年度は,単離したFKRラベル化ペプチドが,通常行われているアミノ酸配列分析法で分析が可能かどうかを検討した.Trp含有ペプチドフラグメントのモデルとしてLeu-Trp-Met-Arg-Phe-Alaを選び,これをFKRでラベル化後,フェニルイソチオシアナート(PITC)を用いる用手法Edman分解を試みた.1サイクルが終了するごとに反応物の一部を加水分解してアミノ酸分析を行なう方式(消去法Edman法)でシークエンスを調べたところ, 1サイクル後にLeuが消失し, 2サイクル後は1サイクル後と同一パターンであり, 3サイクル後にMetが消失したことが確認された.この結果は, Trp含有フラグメントをFKRでラベルしても, Edman分解が正常に進行することを示すものである.従って,今年度の研究結果により,蛋白質中のTrp含有フラグメントの選択的な切り出しと,そのアミノ酸配列決定法が確立されたことになり,遺伝子工学技術を利用して蛋白質の一次構造を推定する手法を著しく簡略化できるものと期待される.1.蛋白質中のトリプトファン含有フラグメントを2-カルボキシ-1-ヒドロキシ-4-ナフチルメチルジメチルスルホニウムクロリド(蛍光性Koshland試薬、FKR)を用いて選択的に単離する方法を開発した。FKRはpH13でトリプトファン残基と選択的に反応して発蛍光性のインドレニン誘導体を与える。このものはFKRに由来するサリチル酸骨格を含むため、キレートカラムでの捕集が可能である。第1法では変性剤の存在下に蛋白質をラベルし、ゲル濾過で低分子を除去したのちFKR蛋白質を酵素を用いて限定加水分解した。生成したFKRペプチドをChelating Sepharose 6Bカラム(【Fe^(3+)】または【Al^(3+)】型)に吸着させ、EDTAで溶離・回収した。これをODS-シリカを用いた逆相HPLCにより精製した。第2法は第1法でのゲル濾過に替えてエタノール沈殿法により目的とするラベル化蛋白質を得る方法である。これに対して第3法は蛋白質を予め酵素で限定加水分解したのちにFKRでラベルする方法である。過剰の試薬や副生成物をベンゼン抽出で除去し、以後は第1法と同様に操作した。第1法にはリゾチーム、第3法には還元カルボキシメチル化リゾチームを各々モデル蛋白質に選んで微量化を検討した結果、各々200300μ【g` ́】の蛋白質でトリプトファンフラグメントを単離することができた。2.蛋白質中のメチオニンフラグメントの単離法として、蛋白質を酵素により限定加水分解後に、生成するメチオニン含有ペプチドをイオウ錯体として捕集する方法を検討した。その結果、Chelating Sepharose 6Bカラム(【Pd^(2+)】型)がこの目的に合致することを見出した。さらに、このようにして捕集したメチオニン含有ペプチドの精製法として、電気化学的検出器を用いる逆相HPLCが適用できることを明らかにした。本法は他の含硫アミノ酸含有ペプチドの精製にも応用できる。前年度までに,蛋白質中のトリプトファン(Trp)含有フラグメントを高感度,高選択的に捕集する方法を確立できた.即ち,蛋白質中のTrp含有ペプチドをわれわれが開発した蛍光性Koshland試薬(FKR)の誘導体とし, FKR分子のキレート能を利用してFKRラベル化ペプチドのみをキレートカラムで捕集後, EDTAで溶離し,最終的に逆相HPLCで単離するものである.今年度は,単離したFKRラベル化ペプチドが,通常行われているアミノ酸配列分析法で分析が可能かどうかを検討した.Trp含有ペプチドフラグメントのモデルとしてLeu-Trp-Met-Arg-Phe-Alaを選び,これをFKRでラベル化後,フェニルイソチオシアナート(PITC)を用いる用手法Edman分解を試みた.1サイクルが終了するごとに反応物の一部を加水分解してアミノ酸分析を行なう方式(消去法Edman法)でシークエンスを調べたところ, 1サイクル後にLeuが消失し, 2サイクル後は1サイクル後と同一パターンであり, 3サイクル後にMetが消失したことが確認された.この結果は, Trp含有フラグメントをFKRでラベルしても, Edman分解が正常に進行することを示すものである.従って,今年度の研究結果により,蛋白質中のTrp含有フラグメントの選択的な切り出しと,そのアミノ酸配列決定法が確立されたことになり,遺伝子工学技術を利用して蛋白質の一次構造を推定する手法を著しく簡略化できるものと期待される.