hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機金属錯体を用いた機能性π共役分子の合成とその物性評価

1)高分子誘電材料を目指し、ニトロベンゼン骨格と長鎖アルコキシ鎖を有する新規ポリフェニレン誘導体の合成を行った。得られたポリマーは、アルコキシ鎖の凝集によって自己組織化した固体構造を有していることがX線回折測定から明らかになった。また、得られたポリマーの誘電率を測定した結果、3.756.36と高い値を示す事が明らかになった。2)3,4-ジニトロチオフェンをアクセプタユニットとして導入した新規ドナー・アクセプタ高分子を、パラジウム触媒を用いた重縮合法により合成した。またモデル化合物の合成も行った。ポリマーとモデル化合物の光学的、電子的特性を検討した結果、特にコユニットがチオフェンの場合、溶液・薄膜における吸収スペクトルや量子化学計算の結果から、ジニトロチオフェンとの強い電荷移動相互作用が認められた。また、固体状態におけるπスタック形成による分子間の電子的相互作用も光学的な性質に大きく影響することが明らかになった。3)交差共役系という概念と、ベンゾフェノンの燐光発光特性に着目し、ベンゾフェノン及び2-ビピリジルケトンユニットを有する新規芳香族ポリケトンを合成し、その光学的、電子的特性について研究を行った。得られたポリマーは主鎖上に十分なπ共役系の広がりを持ち、低温ガラスマトリックス中において0.5-1秒オーダーの寿命を持つ燐光発光を示す事を明らかにした。また、これらのポリマーをELデバイスへの応用を検討した。ベンゾフェノンユニットを有するポリマーはデバイスとして駆動し、460nm付近に発光極大を示す青色EL発光を示すことを明らかにした。1)溶媒に可溶でかつアモルファスな、パラフェニレンとメタフェニレンユニットからなるポリフェニレン共重合体(PPと略)に、高分子反応を用いて直接官能基を導入し機能化する事を目的とし研究を行った。手法としては、Friedel-Crafts反応を用いたベンジル基やトルオイル基の導入を検討した。PPと基質を、塩化アルミニウム触媒を用いて反応させ、その同定、物性調査を行った。その結果、^1H NMRやIRからベンジル基及びトルオイル基の導入を確認した。またその導入率はそれぞれ18.5%、16.3%である事が分かった。これらの官能基の導入により、PPの光学特性が大きく変化した。溶液中・薄膜における蛍光の測定を行った所、溶液中ではどのポリマーも380nm付近にピークを持つ蛍光スペクトルが観測された。これに対し、薄膜においてはトルオイル基を導入したものは、PPよりも約80nmも長波長側に蛍光ピークが観測された。この事はカルボニル基からのエキシマー発光が起こった為であると考えられる。この様な結果から、PPを出発物質として様々な機能性ポリフェニレンの構築が可能である事を示唆された。2)強いアクセプタ性を持つ3,4-ジニトロチオフェンユニットを有する新規π共役高分子の合成とその物性評価を目的とし、研究を行った。有機金属錯体を触媒とし種々の共重合体及びそれらのモデル化合物の合成を行った。特にチオフェンとの共重合体は溶液と薄膜で大きな吸収スペクトルの大きな長波長シフトが観測された。これは分子内または分子間での電荷移動相互作用が示唆される。また粉末X線回折からは3.7Åにπ-πスタッキングに由来すると考えられる鋭い回折が見られた。また、モデル化合物のX線結晶構造解析の結果からも分子間のスタッキングがあることを確認した。
高齢者向け口腔機能診断用チップの開発

我国をはじめ世界各国とも急速な勢いで高齢化社会を迎え、さらに寿命は伸び続けている。しかも、WHOの試算によると、2020年の我が国では60歳以上の人が全人口の1/3以上を占め、自立した健康な高齢者の増加が強く望まれている。加齢とともに、咀嚼・嚥下機能は低下する。そして、栄養不足のみならず肺炎等の全身疾患を招く。しかし、咀嚼筋や嚥下関連筋の老性変化や病態を機械的に診断する方法はあるが、細胞レベルで診断する方法はない。本研究は、採取が簡単な頬上皮細胞を極少量用いて、細胞内情報伝達系酵素やメタボローム系酵素の加齢変化、異常蛋白質の出現や正常蛋白質の消失、脂質の蓄積等の情報を得、咀嚼筋細胞や嚥下関連筋細胞の老化の程度や病態を診断する方法を確立し、その診断から治療薬を選び得るよう、又は、予防法を提供できるようなオーダーメイドの医療の発展へとつなげようとするものである。平成19,20年度の実験から頬粘膜の老性変化を測定することで、咀嚼筋・嚥下関連筋の老性変化を類推できることが示唆されたので、カルボニルジイミダゾールの活性基がコートされたマイクロタイタープレートをPI代謝・Ca^<2+>放出系、グアニル酸シクラーゼ・cGMP系、アデニル酸シクラーゼ・cAMP系の主要酵素の抗体でコートし、種々の年齢層の頬粘膜細胞のホモジネートと反応させた。ELISA法にて測定すると、その老性低下が認められた。脂質代謝酵素系のマイクロタイタープレートのELISA法による測定でも、老性低下が認められた。しかし、代謝産物特に脂質の代謝産物や生理活性物質をコートしたマイクロタイタープレートのELISA法による測定では、老性変化が認められなかった。以上のことから、代謝産物や生理活性物質によるチップの作成より、細胞内情報伝達系酵素や脂質代謝酵素の口腔機能診断用チップの作成の方が老性変化を機能との関連で捉えられ易い。口腔機能診断用チップ状に載せるマーカーを決定するための実験を行った(1)加齢に伴う頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋細胞の構成蛋白質と細胞内情報段達系の変動解析成熟ラット(12週齢・雌雄)及び老齢ラット(2年齢・雌雄)の頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋を採取し、10mM phosphate buffer(pH7.4)にてホモジネートを調製した。Am. J. Physiol. Cell Physiol. 289,C1303-C1311,2005の方法に準じて、1%Triton-X(TX)100に可溶牲画分(ラフト)と不溶性画分(ノンラフト)に分画し、細胞質と細胞膜をそれぞれラフトとノンラフトに分画した。各画を分二次元電気泳動、ゲル濾過、各種のクロマトグラフィーから、加齢変化の認められたスポット・バンドを検討した。その結果、細胞膜への移行が減り、細胞質でラフトに留まって増加する蛋白質が幾つか見つけられた。J. Dent. Res. 82,476-480,2003の方法にてPI代謝・Ca^<2+>放出系、グアニル酸シクラーゼ・cGMP系に老性低下を検討した結果、NO合成酵素活性が加齢に伴って低下していた。(2)加齢に伴う頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋細胞の構成脂質の変動解析上述ラットの頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋を採取し、ホモジネートを調製した。Bligh-Dyer法にて総脂質やTX100可溶性画分と不溶性画分から脂質を抽出し、薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィーを用いて展開、免疫染色法やELISA法で測定し、加齢変化のでるスポットを数種検出した。現在それが何であるかを同定中である。また、ラフト形成とラフト分解に関係する酵素を成熟ラットと老齢ラットの比較で検討した。(3)加齢に伴う頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋細胞の生理活性物質の変動解析上述ラットの頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋を採取し、ホモジネートを調製した。成熟ラットと老齢ラットで細胞質に局在するペプチドに差を認めており、現在、加齢変化するペプチドが何であるかを同定中である。しかも、WHOの試算によると、2020年の我が国Tは60歳以上の人が全人口の1/3以上を占め、自立した健康な高齢者の増加が強く望まれている。

本研究は、採取が簡単な頬上皮細胞を極少量用いて、細胞内情報伝達系酵素やメタボローム系酵素の加齢変化、異常蛋白質の出現や正常蛋白質の消失、脂質の蓄積等の情報を得、咀嚼筋細胞や嚥下関連筋細胞の老化の程度や病態を診断する方法を確立し、その診断から治療薬を選び得るよう、又は、予防法を提供できるようなオーダーメイドの医療の発展へとつなげようとするものである。1、加齢に伴う頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋細胞で変動する構成蛋白質と細胞内情報伝達系のマイクロタイタープレートによる検討-カルボニルジイミダゾールの活性基がコートされたマイクロタイタープレートをPI代謝・Ca^<2+>放出系、グアニル酸シクラーゼ・cGMP系の主要酵素の抗体でコートし頬粘膜の培養細胞・咀嚼筋・嚥下関連筋細胞のホモジネートと反応させた。ELISA法にて測定すると、咀嚼筋・嚥下関連筋細胞で老性低下の認められた酵素は、頬粘膜の培養細胞でも老性低下が認められた。2、加齢に伴う頬粘膜・咀嚼筋・嚥下関連筋細胞で変動する脂質代謝酵素系のマイクロタイタープレートによる検討同様のマイクロタイタープレートを脂質代謝の主要酵素の抗体で個コートし、1と同様の方法で検討している。以上のことから、頬粘膜の老性変化を測定することで、咀嚼筋・嚥下関連筋の老性変化を類推できることが示唆された。我国をはじめ世界各国とも急速な勢いで高齢化社会を迎え、さらに寿命は伸び続けている。しかも、WHOの試算によると、2020年の我が国では60歳以上の人が全人口の1/3以上を占め、自立した健康な高齢者の増加が強く望まれている。加齢とともに、咀嚼・嚥下機能は低下する。そして、栄養不足のみならず肺炎等の全身疾患を招く。しかし、咀嚼筋や嚥下関連筋の老性変化や病態を機械的に診断する方法はあるが、細胞レベルで診断する方法はない。平成19,20年度の実験から頬粘膜の老性変化を測定することで、咀嚼筋・嚥下関連筋の老性変化を類推できることが示唆されたので、カルボニルジイミダゾールの活性基がコートされたマイクロタイタープレートをPI代謝・Ca^<2+>放出系、グアニル酸シクラーゼ・cGMP系、アデニル酸シクラーゼ・cAMP系の主要酵素の抗体でコートし、種々の年齢層の頬粘膜細胞のホモジネートと反応させた。ELISA法にて測定すると、その老性低下が認められた。脂質代謝酵素系のマイクロタイタープレートのELISA法による測定でも、老性低下が認められた。しかし、代謝産物特に脂質の代謝産物や生理活性物質をコートしたマイクロタイタープレートのELISA法による測定では、老性変化が認められなかった。以上のことから、代謝産物や生理活性物質によるチップの作成より、細胞内情報伝達系酵素や脂質代謝酵素の口腔機能診断用チップの作成の方が老性変化を機能との関連で捉えられ易い。
等方分布円柱群(UDPS)による任意形状の2次元微小光学素子設計法の構築

フォトニック結晶の魅力の中心はフォトニックギャップにある.われわれは最近,2次元誘電体円柱群の円柱間隔に下限を設定したランダム分布円柱群(Uniformly Distributed Photonic Scatterers.略してUDPS)が等方的なフォトニックギャップを持つことを見出し,そのギャップの起源が各円柱に局在するMie共鳴状態間の結合・反結合状態に由来することを明らかにした。本研究はこのUDPSを用いた微小光学素子の作製に関する応用研究である.研究の第一の成果として,解析的な厳密解である多中心円柱関数展開法によるプログラムと2次元のFDTD計算法を併用することで,UDPSのギャップがUDPSを構成する誘電体円柱の比誘電率,円柱半径,半径揺らぎ,円柱密度等にどのように依存するかのデータベースを完成したことである.また,円柱間に人工的な反発力を入れて動的に円柱位置を揺らがせる事で,円柱分布の一様性を改善する方法も開発している.さらに,UDPSを周期側壁(1層の周期円柱群)と組み合わせる事で,様々な形状の光導波路やミラー,キャビティーなどの微小光学素子の作成に関する設計指針を確立することができた.研究の第2の成果として面発光レーザーなどに重要なTEモード(電場が円柱軸に垂直)のギャップに関する結果がある.円柱系UDPSのギャップはTMモード(電場が円柱軸に平行)に限られており,TEモードではギャップは見出されない.本研究では,円柱の代わりに円筒を用いることでこの困難を突破し,TEモードにもギャップを持つ円筒系UDPSを発見した。すなわち,円筒系UDPSを用いればTEとTMの両方にギャップを有する完全ギャップUDPSが得られる可能性が示された.フォトニック結晶の魅力の中心はフォトニックギャップにある.われわれは最近,2次元誘電体円柱群の円柱間隔に下限を設定したランダム分布円柱群(Uniformly Distributed Photonic Scatterers.略してUDPS)が等方的なフォトニックギャップを持つことを見出し,そのギャップの起源が各円柱に局在するMie共鳴状態間の結合・反結合状態に由来することを明らかにした。すなわち,円筒系UDPSを用いればTEとTMの両方にギャップを有する完全ギャップUDPSが得られる可能性が示された.フォトニック結晶の魅力の中心はフォトニックギャップにある.われわれは最近,2次元誘電体円柱群の円柱間隔に下限を設定したランダム分布円柱群(Uniformly Distributed Photonic Scatterers.略してUDPS)が等方的なフォトニックギャップを持つことを見出した.また,UDPSに周期側壁(1層の周期円柱群)を加えた系は完全反射鏡となることも見出した.本研究では,すでに開発を終えて実用段階にある,多中心ベクトル円柱関数展開法による厳密解に基づくプログラムを駆使し,UDPSのフォトニックギャップが円柱の比誘電率や半径,円柱の平均間隔やその半径揺らぎの大きさ,円柱密度にいかに依存するかに関する広範なデータベースを構築した.これを元にUDPSにおけるフォトニックギャップ発生のメカニズムを総合的に研究した結果,ギャップの起源が円柱に局在するMie共鳴状態にあり,円柱間での結合・反結合状態のあいだにフォトニックギャップが形成されることが判明した.フォトニックギャップは系の並進性に由来するものと化学結合に類似のメカニズムに由来するものとがあるが,従来のフォトニック結晶の議論では前者に重点が置かれ後者にあまり光が当てられていなかった.本研究は正しく後者起源のギャップの工学的な有用性を明らかにする結果となった.この結果を元に様々な2次元微小光学素子の数値解析を行った.例として,円弧状,放物線状や楕円形状のミラーの光学特性,またキャビティとして円状,楕円状やこれらの連結形状の共鳴状態を調べた.各光学素子は波長の数倍程度の大きさであり,いずれもUDPSのフォトニックギャップの領域で良質の光学特性を発揮することが確認された.フォトニック結晶の魅力の中心はフォトニックギャップにある.われわれは最近,2次元誘電体円柱群の円柱間隔に下限を設定したランダム分布円柱群(Uniformly Distributed Photonic Scatterers.略してUDPS)が等方的なフォトニックギャップを持つことを見出し,そのギャップの起源が各円柱に局在するMie共鳴状態間の結合・反結合状態に由来することを明らかにした.

さらに,UDPSを周期側壁(1層の周期円柱群)と組み合わせる事で,様々な形状の光導波路やミラー,キャビティーなどの微小光学素子の作成が可能であることを示した.しかしこれらの研究は電場が円柱軸に平行なTMモードに限られており,面発光レーザーなどに重要なTEモード(電場が円柱軸に垂直)ではギャップは見出されなかった.本研究では,円柱の代わりに円筒を用いることでこの困難を突破し,TEモードにもギャップを有するUDPSを発見した.さらに,解析的な厳密解に基づく多中心ベクトル円柱関数展開プログラムのほかに,2次元のFDTD計算を併用することで,円筒系UDPSのギャップが円筒の比誘電率や内外半径,円筒の平均間隔や半径揺らぎの大きさ,円柱密度にいかに依存するかに関する広範なデータベースを構築した。得られたデータベースを詳細に検討することで,TEとTMの両方にギャップを有する完全ギャップUDPSが特定のパラメータの範囲で得られることが明らかになった.
超耐熱材料用Si_3Y_3Zr_2の作製

ジルコニウムシリサイドSi_3Zr_5は、高融点(2200°C)・低比重(6.0)を示し、次世代の超耐熱材料として有望である。しかし、原子の高い共有結合性が高融点を示す理由の一つとして考えられ、そのため延性は低いと予想される。研究代表者は、延性を向上させるには原子の金属結合性を高める必要があると考え、配位する原子数を増やすためZr原子の一部をY原子で置換した新三元系16H型シリサイドSi_3Y_3Zr_2を設計した。理論的考察によりSi_3Y_3Zr_2は他の二元系16H型シリサイドに比べ特定の原子間における強固な結合がなく対称性が向上しているものと考えられる。また、融点2800K,比重5.26と推定されることからSi_3Y_3Zr_2はSi_3Zr_5よりも高融点・低比重で延性の優れた超耐熱材料として有望である。本研究では、Si_3Y_3Zr_2を作製し、結晶構造解析と融点,比重等の物理的特性および硬度,破壊靭性等の機械的特性の測定を行い、超耐熱材料としての可能性を探求することを目的とした。Si_3Y_3Zr_2の作製は、通常の溶解法では各元素の融点の違いにより化学量論組成を維持することが困難であるため、原料粉末を化学量論的に混合し、円柱状にCIP成形した後、Ar雰囲気中で電気アークによって反応を励起させ試料を作製することにした。粉末の混合はボールミルによって行ったが出発原料として入手可能なY粉末がSiやZr粉末に比べて大きいため反応が均一となり完全な単一相の作製には至らなかった。そのため現在粉砕エネルギの大きい装置での混合を行っている。単一相に近い反応片を粉砕の後放電プラズマ焼結して得られたバルク材の硬度と比重を測定した結果Si_3Zr_5よりも硬度と比重が低くなっていることを確認した。以上の得られた知見を基に論文を投稿準備中である。
心腎連関の原因物質としての尿毒症毒素の血管傷害メカニズム

インドキシル硫酸により増加したLy6C陽性の炎症性単球はカフ障害による内膜肥厚部位に顕著に集積していた。また、これらの細胞表面でのCCR2の発現が更新しており、MCP-1の関与が示唆された。また、インドキシル硫酸投与後の骨髄ではLy6陽性細胞の増多はみられず、インドキシル硫酸は末梢への遊走に関与していることが示唆された。インドキシル硫酸の受容体と考えられているAhRという分子の血管内皮細胞特異的ノックアウトマウスを用いた実験では、AhRの欠損により、大腿動脈への白血球の接着が有意に抑制されることが明らかになった。慢性腎臓病は心血管疾患発症の独立した危険因子であるが,なぜ腎臓病の悪化が心血管に与える影響はほとんどわかっていなかった.申請者は最近、尿毒症毒素の一種であるインドキシル硫酸が血管内皮細胞,および単球を活性化させ、血管傷害を悪化させることを見出した。本研究はインドキシル硫酸による炎症惹起メカニズムを明らかにし、慢性腎臓病において高率に合併する心血管疾患発症の予防を目指した研究基盤を確立することが目的である。申請者はインドキシル硫酸がアリルハイドロカーボン受容体(AhR)に結合することに着目した.AhRは2,3,7,8-tetrachrolodibenzo-p-dioxin (TCDD)に代表されるダイオキシン類の核内受容体であり,AhRの活性化は動脈硬化を進展させることが報告されている.昨年までの研究によって、ヒト臍帯静脈内皮細胞のAhRを抑制することによって,インドキシル硫酸で誘導される白血球接着を抑制することが明きらかになった。さらに、このメカニズムの生体における意義を解明するため、血管内皮細胞特異的にAhRの発現が抑制される遺伝子改変マウスの作成を行った。血管内皮細胞特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスと、AhR遺伝子配列の上流と下流にloxP配列を挿入した遺伝子改変マウスとの交配によって、目的のマウスの創出に成功した。このマウスは正常に発育することが確認できたため、同マウスを用いて生体顕微鏡による観察を行い、AhRの生体における意義を確認する。申請者はインドキシル硫酸がアリルハイドロカーボン受容体(AhR)に結合することに着目した.AhRは2,3,7,8-tetrachrolodibenzo-p-dioxin (TCDD)に代表されるダイオキシン類の核内受容体であり,AhRの活性化は動脈硬化を進展させることが報告されている.ヒト臍帯静脈内皮細胞のAhRをノックダウンさせたところ,インドキシル硫酸で誘導される白血球接着および接着分子発現の上昇が著明に抑制された.このメカニズムを検討したところ,インドキシル硫酸で誘導される酸化ストレス,およびNFkB, JNKなどの細胞内シグナル伝達系に影響は及ぼさなかった.しかしながら,転写領域の活性化を介し,接着分子の発現を上昇させていることが明らかとなった.これらの結果からインドキシル硫酸は酸化ストレスだけではなく,転写因子の活性化を介して炎症を増強していることが示唆された.インドキシル硫酸が転写レベルで炎症を悪化させる報告は初めてである.慢性腎臓病においては全身が慢性炎症状態にあることによって心血管疾患を起こしやすくなっていると考えられる.本研究において,インドキシル硫酸がこの炎症を増強するメカニズムが詳細に明らかとなった.腎機能障害は心血管疾患の進展に寄与している。申請者は最近、代表的な尿毒症毒素であるインドキシル硫酸が白血球と血管内皮細胞との接着を亢進させ、血管障害を悪化させることを見出した。本研究ではインドキシル硫酸による血管炎症増悪のメカニズム、特に炎症性単球の関与に的を絞って研究を進め、慢性腎臓病において高率に合併する心血管疾患発症の予防を目指した研究基盤を確立することを目的とした。インドキシル硫酸により増加した炎症性単球の血管壁接の増強効果を、インドキシル硫酸を投与したカフ傷害大腿動脈モデルで検証した。生体内可視化システムIVMにより血管壁へ接着する炎症性単球数および白血球数がインドキシル硫酸により増加することが確認できた。さらに、同処置を施したマウスの大腿動脈の切片の観察により、炎症性単球マーカーLy6C陽性の炎症性単球細胞数の血管壁浸潤が著明に増加していることを確認した。

これまでに、インドキシル硫酸は肝細胞のアリルハイドロカーボン受容体(AhR)に作用し、薬物代謝酵素発現に影響を与えることが報告されている。そこで、AhRの血管内皮細胞特異的欠損マウスを作成し、インドキシル硫酸による炎症性単球に対する影響におけるAhRの関与を検討した。AhR欠損マウスでは、インドキシル硫酸による末梢血における炎症性単球の上昇、CCR-2などの活性化マーカーの変動が抑制された。これらのデータより、AhRは血管内皮細胞においてもインドキシル硫酸の受容体として作用していることが示唆された。循環器病学、血管細胞生物学本研究ではインドキシル硫酸の受容体としてのアリルハイドロカーボン受容体(AhR)の機能解析を目的に検討を行った.培養ヒト臍帯静脈内皮細胞において,インドキシル硫酸の炎症増強作用において,AhRが酸化ストレス,細胞内シグナルに関与せず,直接転写領域を活性化させ,炎症を増強させることを見出した.さらにin vivoにおけるインドキシル硫酸の役割を解析するため,血管内皮細胞特異的AhRノックアウトマウスの作製を完了した.また、インドキシル硫酸浸透圧ポンプによる投与が有効であることが確認できたので、本方法で実験を実施している。本研究ではインドキシル硫酸の受容体としてのアリルハイドロカーボン受容体(AhR)の機能解析を目的に検討を行った.培養ヒト臍帯静脈内皮細胞において,インドキシル硫酸の炎症増強作用において,AhRが酸化ストレス,細胞内シグナルに関与せず,直接転写領域を活性化させ,炎症を増強させることを見出した.さらにin vivoにおけるインドキシル硫酸の役割を解析するため,血管内皮細胞特異的AhRノックアウトマウスの作製を完了した.本成果は当初予定した計画より進展があったものと考える.一方で,炎症性単球に与えるインドキシル硫酸の影響を解析していたが,インドキシル硫酸をマウスに飲水投与すると,他の抱合体が血中で上昇することが明らかとなった.本方法ではインドキシル硫酸の影響が解析できないと判断した.浸透圧ポンプを用いることでインドキル硫酸のみを上昇させることを見出したため,本方法を用いて検討中である.In vivoにおいて,インドキシル硫酸の受容体としてのAhRの機能を解析するために検討を行う.まず,血管内皮特異的AhRノックアウトマウス,ないしは対照マウスに片側尿管結紮を施し,腎機能低下による炎症状態を惹起する.生体内可視化システムIVMにより血管壁へ接着する炎症性単球数および白血球数を測定し、インドキシル硫酸の影響を検討する。また,同処置を施したマウスより血管を採取し,接着分子や炎症性サイトカイン,ケモカインの発現を検討する.In vivoにおいて,インドキシル硫酸の受容体としてのAhRの機能を解析するために検討を行う.まず,血管内皮特異的AhRノックアウトマウス,ないしは対照マウスに片側尿管結紮を施し,腎機能低下による炎症状態を惹起する.生体内可視化システムIVMにより血管壁へ接着する炎症性単球数および白血球数を測定し、インドキシル硫酸の影響を検討する。また,同処置を施したマウスより血管を採取し,接着分子や炎症性サイトカイン,ケモカインの発現を検討する.事務手続き上次年度にまわすこととした。消耗品に充当する予定である。
超臨界流体中での励起芳香族分子の緩和過程

分子間の反応では分子同士が近付くことが最低限必要であるが、どの方向から近付くかも重要な要素である。溶液中での溶質分子は比較的均一な分布を保って運動しているが、吸着状態では不均一な分布をしていることが多い。このため、特異な位置関係に吸着された分子が特長のある反応をすることは十分に期待できる。溶媒密度の大きい超臨界流体も特異な反応を誘起する可能性がある溶媒であるが、溶質分子の配向等にどのような特性があるかについては不明である。本研究は芳香族分子が超臨界流体中でどの様な状態にあるかを明らかにする事を目的としてCO_2、Xe等の超臨界流体中でピレン、テトラセン又は2-クロロナフタレンでの吸収スペクトル、発光スペクトル等を測定し、結果を通常の条件下でのスペクトルと比較・検討した。研究結果より、10^<-5>Mという極く低濃度でもエキシマー蛍光(ピレン)や会合体(テトラセン)が見られたり、低温でなければほとんど観測されていない芳香族分子のりん光が高温でも比較的大きな量子収率で観測される(2-クロロナフタレン)等から、超臨界流体は以下のような特異な溶媒であることが明らかになった。(1)溶質である芳香族分子を均一に溶解しておらず、局部的に高濃度の部位が分散した状態にある。(2)溶媒分子が高密度に集積しており、溶質分子と強く相互作用している。今後、超臨界流体の溶媒としての性質をさらに明らかにすると共に、超臨界流体特有の化学反応に関する研究を進めて行く予定である。二酸化炭素超臨界流体中でピレン及びテトラセンの吸収スペクトル、発光スペクトル等の測定より、これら芳香族分子の分散状態について、以下のことが明らかになった。1.ピレン(a)通常の条件下でのピレンと同様な振動構造を持った吸収スペクトルが観測された。その溶解度は約10^<-6>Mであった。(b)ピレンモノマーの発光強度はほぼ吸光量に比例しているが、(c)エキシマー蛍光と思われる500nmの発光の強度は吸光量に関係なくほぼ一定であった。テトラセン(a)通常の条件下でのテトラセンと同様な振動構造を持った吸収スペクトルいるが観測された。その溶解度は約10^<-6>Mであったが、(b)525nmにの2量体のものと思われるブロードな吸収帯が観測された。3.2-クロロナフタレン(a)吸収スペクトルは通常の溶液とほぼ同じものが測定された。その溶解度は約10^<-5>Mである。(b)300nmから400nmに強い蛍光が現われれ、その量子収率は約0.5であった。(c)430nmから600nm付近に量子収率約10^<-4>の弱いりん光が観測された。以上のように、10^<-5>Mという極く低濃度でもエキシマーや会合体が見られたり、りん光が比較的大きな量子収率で観測される等、二酸化炭素超臨界流体は溶質である芳香族分子を均一に溶解しておらず、局部的に高濃度の部位が分散した状態にあり、溶質分子と強く相互作用しているものと結論した。

本研究は芳香族分子が超臨界流体中でどの様な状態にあるかを明らかにする事を目的としてCO_2、Xe等の超臨界流体中でピレン、テトラセン又は2-クロロナフタレンでの吸収スペクトル、発光スペクトル等を測定し、結果を通常の条件下でのスペクトルと比較・検討した。研究結果より、10^<-5>Mという極く低濃度でもエキシマー蛍光(ピレン)や会合体(テトラセン)が見られたり、低温でなければほとんど観測されていない芳香族分子のりん光が高温でも比較的大きな量子収率で観測される(2-クロロナフタレン)等から、超臨界流体は以下のような特異な溶媒であることが明らかになった。(1)溶質である芳香族分子を均一に溶解しておらず、局部的に高濃度の部位が分散した状態にある。(2)溶媒分子が高密度に集積しており、溶質分子と強く相互作用している。今後、超臨界流体の溶媒としての性質をさらに明らかにすると共に、超臨界流体特有の化学反応に関する研究を進めて行く予定である。
アミノ酸配列と脂質の組み合わせが膜貫通ヘリックス構造・会合に及ぼす影響の解明

モデル膜貫通ヘリックスを用いて以下の課題12に取り組む。1会合モチーフとして知られるGXXXGの周辺配列とコレステロールの組み合わせがヘリックス会合に与える重要性を解明する。独自開発した膜貫通ヘリックス会合測定技術を主な手法として会合・構造測定を行う。また得られた知見の一般性を確かめるため、生細胞膜での膜タンパク質会合挙動も独自開発した手法で測定する。2ヘリックスブレーカーとして知られるプロリンが誘起しうるヘリックス折れ曲がり構造が膜厚によりどのように調節されるか明らかにする。部位特異的に安定同位体標識したヘリックスを用い膜内折れ曲がり構造を詳細に調べる。
エピゲノムとミトコンドリアを機能的に連結する分子機序と病態関連性

エピゲノムとミトコンドリアの共同性に着目し、新規の制御機構を解明することを目的とした。この両者に関連性をもつ候補分子を同定し、siRNAライブラリーと各種細胞株を用いて、有力な約15分子に絞り込み、その機能解析、ChIP-Seqによる標的遺伝子の網羅的解析を行った。とくに、ヒストンH4K20モノメチル化酵素SETD8/PR-Set7が細胞老化に関連して、核小体とミトコンドリアに関わる遺伝子群の発現を調節し、代謝リモデリングにおける役割を明らかにした。ヒストンH3K4脱メチル化酵素LSD1が、骨格筋分化においてエピゲノムとミトコンドリアを連動させる新たな因子であることを解明した。遺伝子の発現を調節するエピゲノム(印付けられたゲノム)が、どのように形成されて、また変換されるのか、その根本的な制御については不明な点が多い。ミトコンドリアに由来する代謝物が、エピゲノムの修飾基やその修飾酵素の補酵素として使われており、クロマチンリモデリングなどの核内事象がエネルギー(ATP)依存性であることから、エピゲノムとミトコンドリアが連動する未知の仕組みがあると考えられる。本研究では、エピゲノムとミトコンドリアの共同性に着目し、新規の制御機構を明らかにすることを目的とする。具体的には、siRNAライブラリーと各種細胞株を用いて、エピゲノムとミトコンドリアに関連性をもつ約80の候補から絞り込んだ、有力な15分子の機能解析、その相互作用(複合体)の解析、ChIP-Seqによる標的遺伝子の網羅的解析を実施した。また、網膜芽細胞腫(RB)タンパク質がエピゲノムとミトコンドリアを機能的に連携すること、エピゲノム因子のHMGA2が脂肪細胞の機能制御に関わることを見出して、エピジェネティックな代謝調節について報告した。エピゲノムとミトコンドリアを機能的に連結する因子を同定して、新知見を得ている。また、網膜芽細胞腫(RB)タンパク質およびエピゲノム因子HMGA2によるエピジェネティックな代謝調節に関する最先端の研究成果が出ているため。本研究では、エピゲノムとミトコンドリアの共同性に着目し、新規の制御機構を明らかにすることを目的とした。具体的には、エピゲノムとミトコンドリアに関連性をもつ約80の候補を選出した。特異的なsiRNAライブラリーと各種細胞株(がん細胞株、線維芽細胞)を用いて、有力な15分子を絞り込み、その機能解析、相互作用(複合体)の解析、ChIP-Seqによる標的遺伝子の網羅的解析を実施した。とくに、ヒストンH4K20モノメチル化酵素(SETD8/PR-Set7)が老化細胞でタンパク質量が著減すること、SETD8を阻害すると細胞老化が誘導されて、核小体とミトコンドリアに関わる遺伝子群の発現が増加することから、SETD8が細胞老化の代謝リモデリングを抑制する新知見を見出した。細胞老化のエピジェネティックな新機序について報告した。エピゲノムとミトコンドリアを機能的に連結する因子について、新知見を得ている。また、ヒストンH4K20メチル化酵素(SETD8)が細胞老化を防御して、核小体とミトコンドリアに関わる遺伝子群の発現を抑制する機序に関する最先端の研究成果が出ているため。遺伝子の発現を調節するエピゲノム(修飾されたれたゲノム)が、どのように形成されて、また変換されるのか、その根本的な制御については不明な点が多い。とくに、ヒストンH4K20モノメチル化酵素SETD8/PR-Set7が細胞老化に関連して、核小体とミトコンドリアに関わる遺伝子群の発現を調節し、代謝リモデリングにおける役割を報告した。また、ヒストンH3K4脱メチル化酵素LSD1が骨格筋分化において、エピゲノムとミトコンドリアを連動させる新たな因子であることを解明した。

本研究は、当初の計画以上に進展しているため、研究計画の変更なしに推進する。本研究は、当初の計画以上に進展してきたため、今後も引き続き研究を推進する。29年度が最終年度であるため、記入しない。エピジェネティクス29年度が最終年度であるため、記入しない。
リン酸を利用できない生命体の構築：リンのコントロールによる遺伝子組換え体封じ込め

遺伝子工学技術の発展によって、開放環境での利用が想定された有用遺伝子組み換え微生物(GMM)が作製されている。今後これらを安全に実用化するためにはGMMの意図せぬ増殖を防止し安全性を高めるための技術が必要である。生物学的封じ込めの方法論として、特定の化合物に生育を依存させる手法がある。亜リン酸は環境中ではほぼ検出されないため、亜リン酸に完全に生育を依存させることが出来れば、封じ込めの原理として利用できる。大腸菌をモデルとして本原理の実証を試みた結果、亜リン酸依存性は、高い封じ込め効果と、経済性、シンプルさを兼ね備えた、実用的な手法として利用可能であることが明らかとなった。申請者はこれまでに微生物のリン代謝について研究を進めてきた。その過程で、一部のバクテリアに還元された形態のリンを利用する能力が存在することに着目した。還元型リンは環境中には存在しないため、目的とする組換え体に還元型リンの資化能力を付与し、リン酸の利用能力を欠如させることができれば、その生物は環境中では生育することができない。すなわち生命の必須元素であるリンのコントロールによって組換え体の封じ込めが可能になると考えた。一方、様々な微生物のリン輸送体の解析を行っていたところ、このコンセプトを実現するために必要な性質と合致した機能を持つリン輸送体HtxBCDEを発見した。この輸送体と亜リン酸デヒドロゲナーゼ(PtxD)を大腸菌に発現させ、内在性のリン酸輸送体およびリン酸エステル輸送体の遺伝子を破壊したところ、完全に増殖を亜リン酸に依存するRN1008株を作製することに成功した。RN1008株の様々な培地における増殖を調べたところ、2xYT培地やその他のいかなる培地においても、増殖を示さないことが明らかになった。さらに、逃避確率(封じ込めから逃れる確率)は10-13以下であり、当初の目的であった米国国立衛生研究所(NIH)の基準である10-8を大きく下回った。つまり、本手法による封じ込め効果は極めて高く、当初予想した以上の結果が得られた。初年度で、予定していたリンの代謝経路改変による封じ込め手法のコンセプトを実現でき、その評価も終了した。さらに、本手法の封じ込め効果は当初の予想を上回るものであった。予定していたリン代謝経路の改変による生物学的封じ込めの実証を初年度で終了することが出来たため、本年度は作製した大腸菌封じ込め株(RN1008)を用いて、亜リン酸輸送体HtxBCDの基質認識メカニズムの解明を試みた。当初予定していたアプローチのひとつに、輸送体の基質結合タンパク質(HtxB)の構造解析により、リン基質に対する特異性を解明することを計画していた。しかしながら、高濃度リン酸と亜リン酸の共存条件下に於いて、リン酸を利用できる変異株が得られ、さらにその変異点はHtxBではなく膜貫通ドメインに見出されたため、この変異株の解析によってメカニズムの解明を行うというアプローチに変更した。なお、このエスケープ変異株の出現頻度を調べた結果、10E-8以下であり、得られたエスケープ株の増殖は、著しく親株よりも劣っていた。従って、仮にエスケープ株が出現したとしても、他の株との共存下ではこのエスケープ株が支配的になる可能性は極めて低いと考えられる。膜貫通ドメインに見出された点変異を、site direct mutagenesisによりHtxBCD発現プラスミドに導入した結果、リン酸の輸送活性が認められた。従って、点変異によって置換されたアミノ酸がリン酸と亜リン酸の基質認識を行っている事が明らかとなった。さらに、このアミノ酸を他の19種類のアミノ酸に置換した変異体を作製した結果、亜リン酸特異性を維持できるもの、リン酸輸送能をもたらすもの、リン酸及び亜リン酸双方に対する活性を喪失するものの3種類に分類されることが明らかとなった。また、異なる微生物種への適用を想定し、HtxBCDタンパク質の発現を異種バクテリアで試みた。その結果、発現する宿主生物に応じてHtxタンパク質配列を改変することが重要である事が明らかとなった。リン酸、亜リン酸、次亜リン酸の構造は類似性があるにもかかわらず、リン酸がHtxBCDを透過できないのは、結合タンパク質による基質認識の違いに起因すると考えられる。そこで、3つのリン輸送体のBPであるPstS、PtxB、HtxBの組換えタンパク質を作製し、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸との結合をリンの結合実験により調べる。また、作製した封じ込め株E. coliRN1008は、亜リン酸が存在しても複合培地に対する感受性を示すことが明らかになっており、その原因を解明する。さらに、この感受性をサプレッスする変異株からは、逃避変異株の出現が確認されており、その逃避メカニズムの解明を行う。応用微生物工学
並列計算による分子クラスターの分光学と化学反応の研究

2乗可積分関数を用いた光電子脱離断面積の計算方の基底関数として、箱型ポテンシャルの固有関数を用いることとし、必要な分子積分プログラムを開発した。水クラスター負イオン(H_2O)_nの構造を分子軌道法によって研究した。いわゆる双極子場束縛型に加えて、余剰電子が二つの水分子のOHに包まれる内部包含型ともいえる異性体がn=2,3,4から安定に存在する事を見いだした。内部包含型では(OH){e}(HO)結合とも呼べる電子雲と複数の(OH)結合の相互作用で安定になっている。1族金属M(Li,Na)と水クラスターの錯体M(H_2O)_nにもこの形の結合は見いだされ、金属から放出された電子の安定化に寄与して、M(H_2O)_nのイオン化しきい値がn>3でMにもnにもあまり依存しない原因となっている可能性が強いことが明らかになった。また、X(H_2O)_n(X=F,Cl,Br)の分子内振動と分子間振動の相互作用も調べている。Mg^+(H_2O)_nの理論電子スペクトルと光解離励起スペクトルを比較し、異性体が実験スペクトルに寄与していることを明らかにした。解析的微分を含む一次元結晶軌道・密度汎関数プログラムを開発し、基本的な高分子に適用した。HF方程式の解析的2次エネルギー勾配法および2次メラー・プレセット摂動法のエネルギー期待値に対する解析的1次微分計算に必要な公式を導出し、実用的プログラムを完成した。アルゴンクラスター陽イオンが光吸収後、非断熱遷移を繰り返しながら電子的基底状態に無輻射的に遷移していく様子を、量子遷移を伴う分子動力学によって追跡した。その減衰課程を簡単なモデルで解析することができた。各モンテカルロステップごとにab initio MO CI計算を実行し、Si_2C_2の光電子スペクトルをシミュレートした。直線型と環状型の二つの異性体が混在しかつ有限の内部エネルギーを持っていると仮定するならば実験結果を説明できる。窒素分子の2量体の分子間ポテンシャルを高精度に計算し、分光学的にこの2量体が観測できる条件を検討した。(CO_2)^-_nクラスターとCH_3Iとの反応で形成されるCH_3CO_2Iの構造を同定し、さらにこの負イオンの光解離励起スペクトルと解離分岐比を理論的に解析した。a)2乗可積分関数を用いた光電子脱離断面積の計算方の基底関数として、箱型ポテンシャルの固有関数を用いることとし、必要な分子積分プログラムを開発した。X線非弾性散乱実験によって測定される静的構造因子を理論的に計算するプログラムを開発し、基底関数と電子相関の効果を系統的に調べた。高次の電子相関の必要性が明らかになった。b)モンテカルロMC法と非経験的分子軌道MO法と結合させて、M+(M=B)と(H2O)nのクラスターの反応を追跡した.さらに、X-(H2O)n(X=F,Cl,Br,I)系にもこの方法を応用し、クラスター構造と振動スペクトルの内部エネルギー依存性を明らかにした。

また、多次元系に開発されたマルチカノニカル法を水2量体の熱力学量の計算に導入し、その方法の適応力を検討し、、熱力学量や構造因子の温度依存性を調べるのに強力な研究方法であることを実証した。これら一連の研究によって、MCとMOを結合する方法は適用限界を適切に判断するならば、様々な化学の問題に実用段階になったことが明らかになった.c)水クラスター負イオン(H2O)n-の構造を分子軌道法によって研究した。いわゆる双極子場束縛型に加えて、余剰電子が二つの水分子のOHに包まれる内部包含型ともいえる異性体がn=2,3から安定に存在し、垂直電子離脱エネルギー(VDE)も測定値に近い値となることを始めて示した。d)一次元結晶密度汎関数プログラムを新たに開発した。解析的1次エネルギー勾配法に必要な公式を導出し、実用的プログラムを完成した。ポリアセチレンとポリメチルイミン、ポリエチレンなどに応用した。e)Arn+クラスターの光解離過程を非断熱遷移分子動力学計算によって追跡し、そのn依存性や光エネルギー依存性から解離と原子蒸発の競争・競合関係を明らかにした。f)CaCN/CaNCのポテンシャルエネルギー曲面を精密に求め、その曲面上の量子力学的な波束動力学計算を実行し異性化過程を動的に追跡した。g)フラーレンの各種異性体の構造と振動周波数を制度高い非経験的分子軌道法によって計算し実験と比較した。また経験的ポテンシャルを使ってフラーレン集合体の運動を古典動力学計算で追跡した。2乗可積分関数を用いた光電子脱離断面積の計算方の基底関数として、箱型ポテンシャルの固有関数を用いることとし、必要な分子積分プログラムを開発した。水クラスター負イオン(H_2O)^-_nの構造を分子軌道法によって研究した。いわゆる双極子場束縛型に加えて、余剰電子が二つの水分子のOHに包まれる内部包含型ともいえる異性体がn=2,3,4から安定に存在する事を見いだした。内部包含型では(OH){e}(HO)結合とも呼べる電子雲と複数の(OH)結合の相互作用で安定になっている。1族金属M(Li,Na)と水クラスターの錯体M(H_2O)_nにもこの形の結合は見いだされ、金属から放出された電子の安定化に寄与して、M(H_2O)_nのイオン化しきい値がn>3でMにもnにもあまり依存しない原因となっている可能性が強いことが明らかになちた。また、X^-(H_2O)_n(X=F,Cl,Br)の分子内振動と分子間振動の相互作用も調べている。Mg^+(H_2O)_nの理論電子スペクトルと光解離励起スペクトルを比較し、異性体が実験スペクトルに寄与していることを明らかにした。解析的微分を含む一次元結晶軌道・密度汎関数プログラムを開発し、基本的な高分子に適用した。HF方程式の解析的2次エネルギー勾配法および2次メラー・プレセット摂動法のエネルギー期待値に対する解析的1次微分計算に必要な公式を導出し、実用的プログラムを完成した。アルゴンクラスター陽イオンが光吸収後、非断熱遷移を繰り返しながら電子的基底状態に無輻射的に遷移していく様子を、量子遷移を伴う分子動力学によって追跡した。その減衰過程を簡単なモデルで解析することができた。各モンテカルロステップごとにab initio MO Cl計算を一行し、Si_2C^-_2の光電子スペクトルをシミュレートした。直線型と環状型の二つの異性体が混在しかつ有限の内部エネルギーを持っていると仮定するならば実験結果を説明できる。
上皮間葉移行から見た小児固形腫瘍の浸潤・転移機構の解明

上皮-間葉移行(EMT)は上皮細胞が上皮の性質を失い間葉細胞に変化する現象で、近年、癌の浸潤・転移機構に大きく関与していることが明らかになってきた。我々は小児固形腫瘍の代表である神経芽腫におけるEMT関連遺伝子の発現レベルを調べ、腫瘍の進展とEMTとの関係を明らかにすることを目的として研究を行った。結果、KRT19の低発現は神経芽腫の浸潤・転移と関連があり、さらには予後良好な限局した腫瘍(stage1,2)における転移機構にも関与している可能性が示された。ERBB3の低発現もまた、神経芽腫の進展に関与していることが示唆された。このようにEMT関連遺伝子の発現は神経芽腫の新しい予後予測因子になる可能性が示唆された。上皮間葉移行(Epithelial-Mesenchymal Transition(EMT))は、細胞同士が接着し一定の極性を持って配列している上皮細胞が、細胞接着性から解放され運動性を獲得した間葉細胞に移行する現象であり、個体の発生の際に見られる現象である。このEMTが癌の浸潤・転移機構に大きく関与していることが明らかになってきた。そこで本研究は浸潤や転移を起こしやすい小児固形腫瘍においてこのEMTがどのように関与しているか研究し、小児固形腫瘍における浸潤・転移のメカニズムを解明し、将来的に浸潤・転移を抑制する新たな治療法の開発を目指すことを目的として小児固形腫瘍におけるEMT関連マーカーについて細胞株や臨床検体を用いて実験を行った。小児固形腫瘍の臨床検体からRNAを抽出し、EMTマーカーの発現について定量RT-PCRを用いて定量的に解析している。これまでに、横紋筋肉腫の1例で初発時と再発腫瘍においての比較でEMTマーカーの変化がみられており、EMTがこの腫瘍の再発進展に関与している可能性が示唆された。今後、検体数を増やして、小児固形腫瘍におけるEMTの意義について研究を続けていく予定である。上皮間葉移行(Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT))は、細胞同士が接着し一定の極性を持って配列している上皮細胞が、細胞接着性から解放され運動性を獲得した間葉細胞に移行する現象であり、個体の発生の際に見られる現象である。小児固形腫瘍の代表である神経芽腫の臨床検体からRNAを抽出し、11検体を用いて84のEMTマーカーの発現について定量RTーPCRを用いて定量的にスクリーニングを行った。結果、いくつかのEMT関連遺伝子がStageの進行度やMYCN増幅の有無によって発現に差がみられることが判明した。そこで次にさらに多くの神経芽腫の検体を用いてこれらの遺伝子を個別に定量RT-PCRを用いて詳細に検討している。現在、データを解析中で今後成果を発表していく予定である。さらに今後、細胞株を用いて、神経芽腫の浸潤転移機構におけるEMTの意義についてさらなる研究を続けていく予定である。本研究では、神経芽腫におけるEMT関連遺伝子の発現レベルを調べ、腫瘍の進展とEMTとの関係を明らかにすることを目的として研究を行った。神経芽腫96症例についてEMT関連遺伝子の発現量をリアルタイムRT-PCR法を用いて比較し、high stage(stage 3, 4)とlow stage(stage 1, 2)での比較、stage 1, 2とstage 4Sにおける比較、MYCN遺伝子の増幅の有無による比較を検討した。さらには、それぞれの遺伝子発現の高低による生存分析を行った。次に、細胞株を用いてinvasion assayを行い、神経芽腫における細胞浸潤とEMT関連遺伝子発現の関係について検討した。結果、High stageとlow stage神経芽腫の比較ではKRT19の発現がhigh stageで有意に低いことが判明した。Stage 1, 2とstage 4Sとの比較ではKRT19の発現がstage 4Sで有意に低下していた。KRT19、ERBB3がMYCN遺伝子増幅症例で有意に低発現だったのに対し、TCF3、TWIST1はMYCN遺伝子増幅症例で有意に高発現であった。

生存分析を行った結果、KRT19、ERBB3低発現群では予後が不良であることが判明した。細胞株を用いたin vitro実験では、浸潤率の高い細胞株でKRT19およびERBB3が有意に低発現であることが判明した。本研究により、KRT19の低発現は神経芽腫の浸潤・転移と関連があり、さらには予後良好な限局した腫瘍(stage1, 2)における転移機構にも関与している可能性が示された。ERBB3の低発現もまた、神経芽腫の進展に関与していることが示唆された。現在データを解析中であり今後論文などに発表していく予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。臨床検体の使用には限りがあるため、今後細胞株を用いた研究により、EMTの意義について検討する。
金星大気を用いて減速する探査機周りの著しく非平衡な流れの数値解析手法に関する研究

現在、金星探査への関心が世界的に高まっている。日本でも、金星大気を周回軌道から探査する計画や、金星大気に気球を投入して大気成分などを調べる計画が検討されている。本研究は金星探査宇宙機が金星大気突入時の熱化学非平衡流れ場から受ける影響を正確に見積もることが可能な数値解析手法の開発を行い、宇宙機を減速させるのに欠かせないエアロキャプチャ技術の確立に貢献しようとするものである。エアロキャプチャが行われる金星大気の高高度域では大気の密度が低いため、宇宙機周りの流れは気体分子のさまざまな内部エネルギーモード間の熱非平衡を伴ったものになる。また、気体分子は宇宙機周りに発生した弓状衝撃波によって加熱されてさまざまな化学反応を起こすが、その反応速度は衝撃層内の位置により異なる化学非平衡になる。これらの熱・化学非平衡状態を正確に模擬できることが、宇宙機の空力を正確に見積もれる前提となる。そこで、本研究では気体分子の各内部エネルギーモード間のエネルギー緩和現象を適切に表現できるモデルを構築することを目的とする。本年度は、昨年に引き続き、この問題を分子衝突の観点から解析する手法を検討した。金星大気の主な大気成分である二酸化炭素は3つの原子からなり、並進、回転のほかに4つもの振動モードを持つ。このため、二酸化炭素分子を分子衝突解析するのはかなり複雑なものとなる。初めに手法の有効性を検討するため、より簡単な分子構造をもつ水素原子を対象にして分子衝突解析を行った。水素分子は2原子分子であり回転・振動のエネルギー準位はたかだか359程度であり、全ての準位を数値的に扱うことができる。そこでまず、準古典的軌道解析(QCT)を行い、水素分子のすべての回転・振動準位間の遷移速度を平衡温度1,00010,000Kについて算出した。水素分子について回転・振動準位を同時に考慮してのQCTは過去にあまり行われていない試みである。得られた遷移速度を検証するため、回転遷移については分光実験で測定されたQ-branch self-broadening係数と、振動遷移ついては衝撃波管を用いて測定されたK_<10>係数との比較を行い、よい一致を得た。次に、QCTで得られた速度係数を用いて、緩和過程の回転・振動準位の数密度変化に関するマスター方程式を解き、巨視的な回転緩和係数、振動緩和係数を求めた。得られた係数を実験値および過去の計算値と比較した。その結果、比較的低い温度では実験値および過去の計算値と良く一致をした。しかし、分子のほとんどがかい離するような高温度条件ではかい離の準定常状態(QSS)と呼ばれる状態が長く続き、このときの緩和過程での平均エネルギー履歴はLandau-Teller型のものと大きく異なるため、緩和係数の求め方を検討する必要性が認められた。しかし、この問題は分子種によって異なった性質のものとなる。したがって、本来の目的である二酸化炭素分子を対象とした解析に先立った手法の有効性の検討という観点からは、今回用いた手法は十分有効であると示された。これらの解析は、パーソナルコンピューターを用いて行った。また、得られた研究成果について、国内および海外の学術会議において口頭発表を行った。現在、世界的に金星探査への関心が高まっており、日本でも宇宙科学研究所を中心にして、金星大気を周回軌道から探査する計画や、金星大気に気球を投入して大気を調べる計画が進行中である。本研究は、金星大気突入時の機体周り流れ場に現れる熱化学非平衡状態を正確に模擬する数値解析手法の開発を行い、エアロキャプチャ技術の確立に貢献しようとするものである。エアロキャプチャが行われる高高度域では大気の密度が低く、並進、振動、回転などの気体の内部エネルギーモード間の非平衡現象が顕著に現れる。したがって、大気への突入シミュレーションをする際には、このエネルギーモード間のエネルギー緩和を適切に記述しなければならない。本年度は、この問題を分子衝突の観点から解析する手法を検討した。金星の主な大気成分である二酸化炭素分子は3原子からなり、4つのモードを持つ。そのため、分子衝突解析はかなり煩雑なものとなることが予想される。そこでまず、やや簡単な問題として、2原子分子である水素分子のエネルギー緩和過程解析を行い、手法の有効性を検討した。解析は次のような方法で行った。1)準古典的軌道解析をおこなって各回転・振動準位間の遷移速度を求める。2)1で求められた遷移速度を用いてマスタ方程式を解き、どのような過程を経てエネルギー緩和や解離が起こるかを調べる。これより得られた回転緩和時間を過去の研究と比較をした。その結果はよく一致したとは言いがたいが、遷移速度の算出に大きく影響する要因がいくつかわかった。これらの知見は二酸化炭素分子について解析を行うときに大変参考になるものである。解析は、コンピュータを用いて行った。また、その研究成果を、国内の学術会議で口頭発表した。