hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超微形態解析と物性評価で探る歯の老化現象の解明

AGEsと全身疾患との関連は知られているが、AGEsと歯の関連に関する研究報告は少ない。そこで、本研究は、AGEsによる象牙質コラーゲン線維への影響を検討した。象牙質コラーゲン線維を免疫組織化学染色にてAGEsの局在を評価し、ナノインデンター装置を用いてヤング率の変化を評価した。その結果、加齢により象牙質コラーゲン線維内の糖化修飾が増加しヤング率を大きく変化させることで、歯自身の物性に影響を与えることを明らかにした。本研究は歯の加齢変化の評価を行うことを目的とした。本年度の研究実施計画として、透過型電子顕微鏡を用いて形態学的に象牙質の構造と象牙質コラーゲン分子構造を評価し、走査型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線元素分析装置およびマイクロX線CT装置にて象牙質の構成元素の変化を解析することを予定とした。さらに来年度のナノインデンター装置による物性評価のための予備実験を行う予定とした。透過型電子顕微鏡により象牙質の構造及び象牙質コラーゲン線維の分子構造の評価を行ったところ、若年者と高齢者の歯を比較すると管周象牙質に構造の変化を認めることができた。また、エネルギー分散型X線元素分析装置およびマイクロX線CT装置による象牙質の構成元素に加齢による変化を評価することができた。特に、構造の変化が著名であった管周象牙質では構成元素の変化も著名であった。これらのことにより象牙質の加齢変化の一つとして構造と構成元素の変化が起き、それらに相関があることがわかった。構造および構成元素の変化は象牙質の物性にも影響を及ぼす可能性は高い。象牙質の物性には象牙質コラーゲン線維にも関与していると考えらえるが、分子構造の評価では象牙質コラーゲン線維の構造変化は著名でなかった。象牙質コラーゲン線維の物性測定を次年度に行うことで詳細を明らかにすることができる予定である。象牙質コラーゲン線維の物性測定のため予備実験では、試料モデルの決定と測定条件の検討にあたり、物性測定に関する専門知識を有する研究者と意見交換を行う場として学会発表を行う機会を得、多くの研究者からアドバイスを頂くとともに研究課題への新たな見地を得ることができた。本年度の研究計画として象牙質の構造分析、構成元素分析および石灰化度の評価を行うとともに、来年度のナノインデンター装置による物性評価のための予備実験を行う予定であった。本年度の計画とともに物性測定の予備実験を進めていたが、使用していたナノインデンター装置に不測の故障が生じた。そのため、当装置の修理と調整が必要となり、装置が使用できず実験計画が遅れることとなった。本研究は歯の加齢変化の評価を行うことを目的とし、本年度の研究実施計画として免疫組織化学染色法とナノインデンター装置を用いた物性測定を予定した。免疫組織化学染色法では、象牙質コラーゲン線維内のAGEsの分布を組織レベルで可視化することができ、AGEsの局在の評価を行うことができる。糖化最終産生物であるAGEsは加齢とともに増加し、さらに象牙細管周囲および歯髄周囲といった血液循環の存在する部位で多いことが予想された。そのため、若年者と高齢者を年齢で区分しそれぞれに対応した歯を準備した。また歯髄周囲と外層との糖化の相違を比較できるよう試料の形態にも注意を行った。その結果、加齢および象牙細管周囲でのAGEsの増加を確認することができた。ナノインデンター装置を用いた物性測定では、象牙質コラーゲン線維のヤング率を測定することで象牙質コラーゲン線維自体の物性値の定量を可能とし、免疫組織化学染色法と併用することで糖化と物性の相関をみることができる。免疫組織化学染色では若年者と高齢者、細管周囲におけるAGEsの増加を認めた。ナノインデンター装置によるヤング率の測定では、若年者よりも高齢者のコラーゲン線維のほうがヤング率が高く、硬くなっていることが確認できた。このことから歯の加齢変化の一つとして、糖化が象牙質コラーゲン線維に影響を与え、コラーゲン線維が硬くなることで歯自体の物性の変化を起こしていると考えられる。今後より詳細な評価のため、細管周囲をミクロサイズで物性測定し評価する必要がある。今後の研究計画として、免疫組織化学染色法とナノインデンター装置を用いた物性測定を予定している。ナノインデンター装置の修理および調整により物性測定の研究計画に遅延があるが、他の研究計画に遅延はない。

そのため物性測定と並行して行う予定であった免疫組織化学染色の予定を先にすすめ、インデンター装置復旧後には物性測定のみを遂行できるように対応し遅延した研究予定を補填することで研究課題の推進方策とする。28年度が最終年度であるため、記入しない。歯科保存学28年度が最終年度であるため、記入しない。
ヘリコバクターシネディ感染症の治療戦略構築と伝播様式の解明

Helicobacter cinaediは、培養による検出率が低いため、本菌による感染症の治療方針は確立していない。また、本菌はヒトや動物の消化管内に生息するとされるが、保菌状況やヒトへの感染経路は解明されていない。本研究では、日本全国の無菌検体から検出されたH. cinaediを収集し、薬剤感受性測定と薬剤耐性遺伝子、病原因子の検出を行い、本菌による感染症の治療戦略を構築する。また、ヒトと動物の糞便の培養と遺伝子解析により本菌の保菌状況を明らかにする。さらにこれらの株を分子疫学的手法により型別し、本菌の伝播様式を解明する。本研究により、H. cinaedi感染症の実態を明らかにする。
糖尿病性腎症でみられるIV型コラーゲン蓄積の分子生物学的解明

糖尿病性腎症では腎糸球体にIV型コラーゲンを主体とするマトリックス蛋白の蓄積が生じ、糸球体濾過機能を低下させて腎不全を引き起こすと考えられている。本研究では、このIV型コラーゲン蓄積のメカニズムを解明することを目的に、糖尿病状態(高糖濃度条件)で糸球体メサンギウム細胞のIV型コラーゲン産生能・分解能の変化を検討した。先ず、IV型コラーゲン産生系であるが、エンドセリン(ET-1)、アンジオテンシンII(AII)、フォルボールエステル(TPA)等プロテンキナーゼC(PKC)を活性化し得る血管作働性物質等がIV型コラーゲン産生量を増加させること、高糖濃度条件ではPKCが持続的に活性化されていることを見い出した。さらに、PKCの下流に存在するMAPキナーゼの活性も増加を示していた。即ち、糖尿病状態では、PKCの活性化、MAPキナーゼの活性上昇がIV型コラーゲン産生の増加に関与していることが強く示唆された。但し、糖尿病状態でのIV型コラーゲンα1・2鎖mRNAの変化は有意ではなく、トランスレーションの過程を含め、より詳細な検討が必要と思われた。次いで、IV型コラーゲン分解系について、メタロプロテイナーゼ(MMP-2およびMMP-9)を中心に検討した。先ず、northernblot法により、MMP-2およびMMP-9のmRNAがメサンギウム細胞に発現していることを確認した。さらに、高糖濃度条件下でのmRNA量の変化を検討したが、27.8mM、5日間の実験条件では明かな差異を見い出すことはできなかった。以上の結果より、糖尿病状態で生じる糸球体内コラーゲン蓄積に高血糖に基づくPKC-MAPキナーゼ系の活性亢進が大きく関与していることが示唆された。但し、種々の血管作働性物質等も糸球体細胞におけるコラーゲン産生を刺激し得ることから、in vivoの糖尿病状態においてはこれら血管作働性物質の影響をも考慮する必要があるものと思われた。糖尿病性腎症では腎糸球体のメサンギウム領域にIV型コラーゲンを主体とする糖蛋白の蓄積が生じ、腎機能の荒廃が引き起こされる。このIV型コラーゲンの蓄積には高血糖に伴う糸球体細胞での代謝異常が主要な役割を生じているものと思われ、本年度は主としてIV型コラーゲンの産生系の変異について検討を加えた。糸球体細胞としては培養ラットメサンギウム細胞を用い、高糖濃度条件下でのIV型コラーゲン量(ELISA法)、IV型コラーゲンmRNA量(northern blot法)の変化を観察した。その結果、28mMグルコースでは5mMグルコースに比し、IV型コラーゲン量が有意に増加していた。しかしながら、α1(IV)鎖cNAを用いた法ではIV型コラーゲンmMNAの有意の増加を見いだし得なかった。これ迄、研究代表者らは高グルコース条件下ではメサンギウム細胞のプロテインキナーゼc(PKC)活性、特にPKC-αの活性が亢進していることを認めている。しかし、PKCがIV型コラーゲンmMRNA発現量を増加させると報告されてた。また、高グルコース下ではTGC-βの産生量増加を介してIV型コラーゲンmRNAの発現が増強するとの報告もある。しかし予想に反し高グルコースによるmRNAの変化が認められなかった。従ってIV型コラーゲンの分解系での変異について解析を進めていくことが重要と思われた。

糖尿病性腎症の主病変とされる糸球体メサンギウム領域でのIV型コラーゲン蓄積の機序を明らかにするため、初年度は主にIV型コラーゲン産生系の検討を行った。本年度は、主としてIV型コラーゲン分解系につき解析を実施した。糸球体メサンギウム領域に存在するIV型コラーゲンの分解は、同部位に存在するメサンギウム細胞が分泌するコラーゲン分解酵素(コラゲナーゼ)が担っていると考えられている。これまで、約10種類のコラーゲン分解酵素が同定されているが、IV型コラーゲンの分解を主に担っている酵素はメタプロテイナーゼ(MMP)の2型と9型であることが知られている。そこで、培養ラットメサンギウム細胞にこれらIV型コラーゲン分解酵素が存在するか否かを検討した。MMP-2およびMMP-9に対するcDNAを用い、northern blot法によりそれぞれのmRNAを観察したところ、両酵素がメサンギウム細胞に存在することを確認した。しかしながら、27.8mMグルコースの高糖濃度条件で培養したメサンギウム細胞のmRNA量には有意の変化を見いだし得なかった。従って、少なくとも遺伝子発現のレベルで高糖濃度がIV型コラーゲン分解酵素に影響を及ぼているとの確証は得られなかった。なお、メタロフロテイナーゼの阻害物質であるTIMPのnorthen blottingも行ったが、本研究で用いたメサンギウム細胞実験では検出し得なかった。以上の成績より、糖尿病における糸球体内IV型コラーゲン蓄積に、IV型コラーゲン分解系、少なくとも分解酵素遺伝子発現での変化が関与している可能性は少ないと思われた。
低次元励起子のFano共鳴

低次元半導体の励起子には、空間次元の量子閉じ込め効果によるサブバンド分裂に従って、バルク系では現れない多チャンネル散乱状態であるFano共鳴(FR)状態が発現する。従来の低次元励起子におけるFRの理論は散乱問題としての側面を有していないため、FR状態を正確に理解する際に様々な弊害が生じる。本研究では、これらの問題点を全て克服した新しい低次元励起子の多チャンネル散乱理論を構築することに成功した。このFR理論では、価電子帯混合を考慮したLuttinger Hamiltonianに断熱展開法とR行列伝搬法を適用することによって散乱状態を記述している。これにより、自然スペクトルや共鳴幅等の計算をab initioに遂行できるようになり、実験との詳細な比較も可能となった。GaAs/Al_xGa_<1-x>Asの量子井戸や超格子(Wannier-Stark ladder (WSL))における励起子に上記の理論を適用し、井戸幅や電場、磁場の強さを変化させた際の、FRスペクトルの強度、形状、共鳴幅等の詳細な変化の様子を調べた。とりわけ、単一量子井戸では、井戸幅が大きくなるにつれて価電子帯混合に起因する重なり共鳴が重要となる。非対称二重量子井戸では、異なる井戸層に起因する電子・正孔対による励起子が価電子帯混合を媒介としある程度大きな振動子強度を有し、その存在が実験でも観測されている。また、WSL励起子系では、印加電場の強さの変化による擬2次元系からバルク系への次元遷移の際、FRが重要な役割を果たしていることが分かった。量子井戸構造に閉じ込められた擬2次元励起子のFano干渉効果を、3チャンネルの断熱ポテンシャルに基づくLandauーZener(LZ)モデルにより解析し、クーロン結合及び価電子帯混合効果がFano共鳴特有の非対称スペクトルプロファイルや幅に如何なる影響を及ぼすかを調べた。理論にクーロン結合及び価電子帯混合を同時に取り込むには、少なくても3チャンネルの結合を考慮する必要がある。擬2次元励起子の問題は、電子・正孔間の距離の層面内への射影を断熱変数とする断熱展開に基づく描像により、その物理的解釈が簡単化されることが分かっている。これによると、チャンネル間の結合は専らポテンシャルの交差点近傍にのみ局在化され、他の領域での結合は無視できる。LZモデルとは、このような特長に基づきポテンシャルの交差点近傍の結合のみを取り込んで、全系の波動関数を近似する方法である。価電子帯混合はこのモデルにより精度よく取り込むことが可能である。一方、これにより得られるLZ波動関数を基底として擬2次元励起子系の結合方程式を構築すると、クーロン結合はそれらの間の非対角項として表れる。まず、井戸の積層方向へ印加された磁場下での磁気励起子のFanoプロファイルを計算し、スペクトルの非対称性はクーロン結合により引き起こされるが、それらは価電子帯混合により不明瞭になることが分かった。これら起因を、多チャンネル散乱理論に基づいて考察した。次に、磁場が印加されていない系で、3チャンネルLZモデルの範囲で、R行列法により多チャンネル散乱問題を解きFanoプロファイルを求めた。各チャンネル間の詳細な干渉効果を調べることにより。磁気励起子に対する上述の考察の正当性を確認した。超格子、量子井戸などへテロ構造を有する半導体中の励起子には、空間次元の量子閉じ込め効果によるサブバンド分裂に従って、バルク系では現れないFano共鳴状態が発現する。これは、励起子の束縛準位が連続準位に埋もれることによる多チャンネル(多バンド)の量子干渉効果であり、Fano共鳴状態はもはや束縛状態ではなく多チャンネル散乱状態である。このような低次元励起子の詳細な研究は、純粋な学問的関心のみならず、非線形光学素子や新型の半導体レーザー開発のために極めて重要である。Fano共鳴は、近年の飛躍的な技術進歩に相俟って様々な条件下で観測できるようになった。

一方、理論的研究では、殆どが単純な変分計算に基づく擬連続状態によってFano共鳴を記述しており、計算の安定化のため経験的なパラメータの導入が不可避である。これは多チャンネル散乱の境界条件を満足していないだけでなく、自然スペクトルや共鳴幅等の計算が不可能となり、理論としては不完全なものである。更に、価電子帯混合効果は低次元励起子の束縛状態では重要性が認識されているにもかかわらず、Fano共鳴状態ではこれを取りこんだ理論的定式化はほぼ皆無である。これらの問題をすべて克服するため、価電子帯混合を考慮したLuttinger Hamiltonianに基づいて、断熱展開法とR行列法を適用した新しい励起子の多チャンネル散乱理論を構築した。更に、GaAs/Al_xGa_<1-x>As量子井戸系で大規模数値計算を遂行することにより、高精度のFanoスペクトルを得、既存の実験値と詳細な比較を行うことに成功した。これらの研究により、量子井戸の幅が大きくなるほど、クーロン結合のみならず価電子帯混合がFano共鳴に顕著な影響を及ぼしていることが明かになった。更に、Fano共鳴どうしがコヒーレントに干渉し、スペクトルが複雑に変調する重なり共鳴が生じる可能性を例証し、これにおいても価電子帯混合が重要な役割を果たしていることを示した。量子井戸、超格子などの低次元半導体の励起子には、空間次元の量子閉じ込め効果によるサブバンド分裂に従って、バルク系では現れない多チャンネル散乱状態であるFano共鳴状態が発現する。従来、この状態を理論的に記述するためにはいくつかの問題があり不完全なものであった。例えば、殆どの方法では、計算の安定化のため経験的なパラメータの導入が不可避であったり、価電子帯混合効果を無視していた。これらの問題をすべて克服するため、価電子帯混合を考慮したLuttinger Hamiltonianに基づいて、断熱展開法とR行列法を適用した新しい励起子の多チャンネル散乱理論を構築しすることに成功した。これにより、自然スペクトルや共鳴幅等の計算をab initioに遂行できるようになり、実験との詳細な比較も可能となった。本年度は、この新しい方法を基に、GaAs/Al_xGa_<1-x>Asの量子井戸や超格子(Wannier-Stark ladder(WSL))におけるFano共鳴を詳細に調べた。単一量子井戸では、井戸幅の増大に従って最も吸収強度の大きいe2-hh2サブバンドの1sFano共鳴スペクトルが隣接するパリティ禁制遷移のスペクトルと重なり、顕著な干渉によってスペクトル形状や共鳴幅が不規則に変化することが見出され、価電子帯混合が重要な役割を果たしていることが分かった。非対称2重量子井戸においては、狭い井戸のlh1と広い井戸e1に起因する励起子が、それらのサブバンドの電子・正孔の波動関数の重なりは小さいにも関わらず、ある程度大きな吸収強度を有することが分かった。これも価電子帯混合によるものである。この異常な遷移は、実験との比較により存在することは確認された。また、WSLにおけるFano共鳴では、印加電場の大きさの変化に応じて、共鳴幅が不規則に変化することがわかった。
非定常熱流体解析に基づいた熱感知型センサーの多種物理量の同時測定化の研究

噴流型の加速度計のメッシュを数種類作製し,テスト計算を行い,計算精度とメッシュの品質との関係を明らかにした.コンピューターによる計算時間を短縮するため,出来るだけ歪みの小さなメッシュの作製を行い,少ないメッシュ数での計算精度と安定性の向上を目指した.次に,解が安定するまでの過程,入口に与える速度変動の周波数や振幅と解の精度,センサーの最適な位置の把握に焦点を当てた.さらに,加速度計内部の流れを数カ所で測定し,連続の式を満たすかなど,物理的に矛盾のない流れとなっているかを確認した.加速度計に直線加速度や回転を与えた計算を続けており,十分な計算データを蓄えた.研究結果は2019年3月11日,日本機械学会関西支部第94期定時総会講演会,メカボケーション学生研究発表会にて報告を行った.熱検知型の加速度計については,過年度から用いているメッシュを流用している.まず,3軸方向の加速度に対する温度変化がどのように得られるのかを把握した.複数の座標において,温度変化を測定し,加速度と温度変化の関係をデータとして蓄積した.次に温度変化から3軸方向の加速度を逆計算するために,高精度の補間法を用いたプログラムを作成した.それらの関係を3次元のグラフにまとめ,正しく逆計算が出来る領域とそうでない領域の解明を行った.さらに,回転速度,回転加速度を加えた一連の計算を行った.しかし,回転速度の計測において,測定感度に問題があることが明らかとなったため,装置の形状を変更するなどの対処が必要と考えられる.研究結果は2019年3月10日に日本機械学会関西学生会2018年度学生員卒業研究発表講演会にて報告を行った.噴流型の加速度計については,安定で高精度の解を得るためのメッシュの作製がほぼ完了したところである.しかしながら,加速度計に直線加速度や回転を与えた計算を始めたばかりであり,蓄えたデータの解析作業がやや遅れていると考えられる.熱検知型の加速度計については,直線加速度に対する感度は十分大きなものが得られるが,回転速度に対する感度はあまり大きくないことが判明した.その結果,やや予定よりも遅れている.したがって,加速度計の形状を修正するなどして,感度を上げるための方策が必要と考えられる.噴流型の加速度計については,蓄えたデータの解析作業の加速化が必要である.さらに,熱検知型加速度計の計算でみられた感度の不十分さが起こることも予想されるため,適切な形状の修正も行う予定である.熱検知型の加速度計については,回転速度に対する感度はあまり大きくないことが判明した.この打開策として,熱流体の移動を拡大させ,その結果,感度を上げるような仕組みが必要である.現在,これを可能とする数種類の形状を考案しており,それらの有効性を確認する作業を行う予定である.噴流型の加速度計のメッシュを数種類作製し,テスト計算を行い,計算精度とメッシュの品質との関係を明らかにした.コンピューターによる計算時間を短縮するため,出来るだけ歪みの小さなメッシュの作製を行い,少ないメッシュ数での計算精度と安定性の向上を目指した.次に,解が安定するまでの過程,入口に与える速度変動の周波数や振幅と解の精度,センサーの最適な位置の把握に焦点を当てた.さらに,加速度計内部の流れを数カ所で測定し,連続の式を満たすかなど,物理的に矛盾のない流れとなっているかを確認した.加速度計に直線加速度や回転を与えた計算を続けており,十分な計算データを蓄えた.研究結果は2019年3月11日,日本機械学会関西支部第94期定時総会講演会,メカボケーション学生研究発表会にて報告を行った.熱検知型の加速度計については,過年度から用いているメッシュを流用している.まず,3軸方向の加速度に対する温度変化がどのように得られるのかを把握した.複数の座標において,温度変化を測定し,加速度と温度変化の関係をデータとして蓄積した.次に温度変化から3軸方向の加速度を逆計算するために,高精度の補間法を用いたプログラムを作成した.それらの関係を3次元のグラフにまとめ,正しく逆計算が出来る領域とそうでない領域の解明を行った.さらに,回転速度,回転加速度を加えた一連の計算を行った.しかし,回転速度の計測において,測定感度に問題があることが明らかとなったため,装置の形状を変更するなどの対処が必要と考えられる.研究結果は2019年3月10日に日本機械学会関西学生会2018年度学生員卒業研究発表講演会にて報告を行った.噴流型の加速度計については,安定で高精度の解を得るためのメッシュの作製がほぼ完了したところである.しかしながら,加速度計に直線加速度や回転を与えた計算を始めたばかりであり,蓄えたデータの解析作業がやや遅れていると考えられる.熱検知型の加速度計については,直線加速度に対する感度は十分大きなものが得られるが,回転速度に対する感度はあまり大きくないことが判明した.その結果,やや予定よりも遅れている.したがって,加速度計の形状を修正するなどして,感度を上げるための方策が必要と考えられる.噴流型の加速度計については,蓄えたデータの解析作業の加速化が必要である.さらに,熱検知型加速度計の計算でみられた感度の不十分さが起こることも予想されるため,適切な形状の修正も行う予定である.熱検知型の加速度計については,回転速度に対する感度はあまり大きくないことが判明した.この打開策として,熱流体の移動を拡大させ,その結果,感度を上げるような仕組みが必要である.現在,これを可能とする数種類の形状を考案しており,それらの有効性を確認する作業を行う予定である.海外での研究報告やジャーナル誌への投稿を行わなかったことが,次年度使用額が生じた理由である.
ねじれ型アミドの軸不斉を用いる遠隔立体制御

キラルな1,4-ジヒドロピリジン類はピペリジンアルカロイドなどの天然物合成に有用であり、その合成法の1つとしてピリジン環への不斉付加反応が知られている。従来の反応では、求核試薬と不斉補助基の配位を利用することにより面選択性を発現しているが、本研究では基質分子に軸不斉を発生させることでコンホメーションの固定化を行い、遠隔位の立体制御を行おうとするものである。不斉補助基としてキラルなチアゾリジン-2-チオン基を有するニコチン酸アミドを合成し、そのビリジン環への1,4-不斉付加反応によりキラルな1,4-ジヒドロピリジンの合成を試みた。種々の求核試薬を用いて付加反応を行った結果、位置および立体選択的に1,4-付加体が得られた。得られたジヒドロピリジンの4位の絶対立体配置は、安定な結晶性化合物に誘導後、X線結晶解析によりS配置と決定した。この付加反応の立体選択性の発現機構を明らかにするために、反応中間体であるピリジニウム塩の1H,13CNMRを測定、およびHF/3-21G^<(*)>計算による構造最適化を行った。その結果、HOMO-LUMO軌道相互作用によりラセン構造が安定化され、ピリジニウム環の4位の炭素原子とチオカルボニル基の硫黄原子との距離が近く、コンホメーションが固定化されていることが明らかになった。このような新しい分子内相互作用により、コンホメーションが固定化され、求核試薬が立体障害の小さい方から近づくことで立体選択性が生まれるものと考えられる。以上のように本研究ではアミド基の軸不斉を利用することで立体選択的な付加を行うことができた。さらに、本研究において、ピリジニウム環の4位の炭素原子とチオカルボニル基の硫黄原子とHOMO-LUMO軌道相互作用によりラセン構造が安定化されていることを明らかにした。キラルなジヒドロピリジン類はピペリジンアルカロイドなどの天然物合成に有用であり、その合成法の1つとしてピリジン環への不斉付加反応が知られている。これはピリジン環をピリジニウム塩に変換して活性化した後に、求核試薬等を面選択的に付加させる反応である。従来の反応では、求核試薬と不斉補助基の配位を利用することにより面選択性を発現しているが、本研究では有機分子に内在する性質を利用することでコンホメーションの固定化を行い、遠隔位の立体制御を行おうとするものである。不斉補助基としてキラルなチアゾリジン-2-チオン基を有するニコチン酸アミドを合成し、そのピリジン環への1,4-不斉付加反応によりキラルな1,4-ジヒドロピリジンの合成を試みた。1,4-付加することが知られている有機銅試薬、ベンジルスズ、および非金属試薬であるシリルエノールエーテル類を用いて不斉付加反応を行った。その結果、立体選択的に1,4-付加が起こることがわかった。その選択性は、N-アシル置換基、溶媒により大きく変化しすることがわかった。得られたジヒドロピリジンの4位の絶対立体配置は、数段階を経て安定な結晶性化合物に誘導後、X線結晶解析によりS配置と決定した。この付加反応の立体選択性の発現機構を考えるために、反応中間体であるピリジニウム塩のPM3法による構造最適化を行った。その結果、ピリジニウム環の4位の炭素原子とチオカルボニル基の硫黄原子との距離が近く、ピリジニウム環へのチオカルボニル基の隣接基関与が予測された。

今後、本反応の天然物等への合成的利用および反応機構の詳細の研究を進める予定である。キラルな1,4-ジヒドロピリジン類はピペリジンアルカロイドなどの天然物合成に有用であり、その合成法の1つとしてピリジン環への不斉付加反応が知られている。従来の反応では、求核試薬と不斉補助基の配位を利用することにより、面選択性を発現しているが、本研究では基質分子に軸不斉を発生させることでコンホメーションの固定化を行い、遠隔位の立体制御を行おうとするものである。不斉補助基としてキラルなチアゾリジン-2-チオン基を有するニコチン酸アミドを合成し、そのピリジン環への1,4-不斉付加反応によりキラルな1,4-ジヒドロピリジンの合成を試みた。種々の求核試薬を用いて付加反応を行った結果、位置および立体選択的に1,4-付加体が得られた。得られたジヒドロピリジンの4位の絶対立体配置は、安定な結晶性化合物に誘導後、X線結晶解析によりS配置と決定した。この付加反応の立体選択性の発現機構を明らかにするために、反応中間体であるピリジニウム塩の1H,13C NMRを測定、およびHF/3-21G^<(*)>計算による構造最適化を行った。その結果、HOMO-LUMO軌道相互作用によりラセン構造が安定化され、ピリジニウム環の4位の炭素原子とチオカルボニル基の硫黄原子との距離が近く、コンホメーションが固定化されていることが明らかになった。このような新しい分子内相互作用により、コンホメーションが固定化され、求核試薬が立体障害の小さい方から近づくことで立体選択性が生まれるものと考えられる。以上のように本研究ではアミド基の軸不斉を利用することで立体選択的な付加を行うことができた。さらに、本反応において、ピリジニウム環の4位の炭素原子とチオカルボニル基の硫黄原子とHOMO-LUMO軌道相互作用によりラセン構造が安定化されていることを明らかにした。
免疫記憶による自然免疫の腸管粘膜における制御－寄生虫感染系を用いた解析－

本研究は免疫記憶を司るリンパ球が長期間にわたり腸管粘膜の防御の一線を担う自然免疫系を制御している可能性からその機序を解明し、ウイルスや細菌などによる粘膜感染症への応用を図るものとして遂行された。具体的に感染幼虫が腸管粘膜に侵入するマウスの寄生線虫(Hp)の再感染に対してその侵入を阻止する機序の解析を行った。その結果、Hpは初めにたどり着いた粘膜に侵入するものの、小腸上部1/6に侵入し直して組織内で発育すること、ゆえに再侵入阻止は初めの侵入によって12日で誘導されることが示唆された。この成果は、Hpのこれまでの生活史を改めるものであり、免疫記憶による粘膜侵入阻止が応用可能であることを示した。消化管(腸管)粘膜では免疫記憶に基づく再感染防御が成立し難い。とくに寄生虫感染は慢性に移行し、何度も感染する。腸管寄生線虫であるHeligmosomoides polygyrus(Hp)は、マウスに慢性感染するものの、再感染に対しては早期に腸管腔から排除される。この感染型幼虫は経口的に侵入し、一旦小腸組織内の筋層で発育してから腸管腔で成虫となる。申請者は、初感染を駆虫した後4週での再感染時の、小腸筋層内のHp数が初感染時のそれよりも有意に少ないことに着目した。筋層内のHp数の減少は、小腸粘膜組織内への侵入が阻止されていることを示している。これは、何時再びHpが粘膜内へ侵入するかわからない状況で、免疫記憶を司るリンパ球が長期間にわたり、腸管粘膜の防御の一線を担う自然免疫系をなんらかの経路で制御していることを示唆するものである。この免疫記憶による自然免疫の腸管粘膜における制御機序の解明は、粘膜感染症であるインフルエンザ、重症急性呼吸器症候群(SARS)、ヒトパピローマウイルス(HPV)や、赤痢などの病原性細菌等々の予防へも繋がる。H28年度は以下の結果を得た;1、再侵入阻止は初感染でHpが最も侵入する小腸上部1/6で起きている、2、再侵入阻止は初感染終息後4週よりも8週でより強く、10週でも初感染に比して有意である、3、再侵入阻止はヘルパーT細胞タイプ2(Th2細胞)に依存するが抗体の関与はほとんど認めない、4、筋層での発育による病巣の一部が8週まで維持されている、5、RNA-seq解析で幾つかの候補遺伝子を拾い上げることができた。本実験系は、初感染による免疫誘導後、駆虫(初感染後2週)して感染を終息させてから腸管の炎症等の鎮静を待って再感染させ、その侵入率を6日目に観察することから、最短で7週を要する。今回、step by stepの進め方が必要であったために時間を要した。とくに、初感染終息後4週よりも8週で阻止能が強かったことから、10週まで調べざるを得なかった点も影響した。また、RNA-seq解析にも時間がかかり、組織切片上での質量分析委託(Bruker Daltonics K.K.)については未だ解析が終わっていない。レクチンを用いた粘液の組織学的糖鎖解析が、手技のミスからやり直しとなってしまっている。本研究は、免疫記憶を司るリンパ球が長期間にわたり腸管粘膜の防御の一線を担う自然免疫系を制御している可能性からその機序を解明し、ウイルスなどによる粘膜感染症への応用を図るものである。具体的には、感染幼虫が消化管粘膜組織に侵入するHeligmosomoides polygyrusの再感染に対して、幼虫の侵入を阻止する機序の解析を行った。平成29年度は、前年度の初感染終息後10週における腸管組織の遺伝子発現プロファイル結果を元に、マスト細胞とM2マクロファージの関与を検討したが、両細胞の存在は感染幼虫の組織侵入阻止に関与していなかった。そこで改めて感染幼虫の感染動態を検討したところ、感染させた多くの感染幼虫は一旦胃粘膜組織に侵入し、その後小腸上部組織へ移動する(おそらく管腔に出て再侵入する)ことが明らかとなった。さらに、胃粘膜に侵入する時点では初感染と再感染で組織内侵入幼虫数に差が見られないが、小腸組織に移動する時点から徐々に差を生じ、結果として小腸上部組織で発育する幼虫の数に有意差が出ることを明らかにした。つまり、再感染では感染幼虫が胃組織に侵入することで免疫記憶細胞が活性化し、小腸組織へ再侵入する際に阻止(防御)が起きていることが推測される。本研究成果として以下の二つの事柄を明らかにできた。1)これまで感染幼虫の組織侵入部位は小腸であると考えられてきたが、実際には多くの感染幼虫は一旦胃粘膜組織へ侵入し、次に小腸上部へ再侵入すること、2)従来から考えられてきた小腸管腔からの成虫の早期排除という再感染防御に加えて、感染幼虫が小腸組織へ侵入する際にも“侵入阻止"という形で感染防御が存在すること。これらは、感染免疫のマウスモデルとして世界的に利用されている寄生虫の感染様式の見直しを示すとともに、組織を超えた防御免疫の存在を示したことで感染免疫学に与える影響は少なからず大きい。

その結果、Hpは初めにたどり着いた粘膜に侵入するものの、小腸上部1/6に侵入し直して組織内で発育すること、ゆえに再侵入阻止は初めの侵入によって12日で誘導されることが示唆された。この成果は、Hpのこれまでの生活史を改めるものであり、免疫記憶による粘膜侵入阻止が応用可能であることを示した。1.粘膜上皮細胞間および上皮細胞の粘膜面、さらに粘膜上の粘液の組成・構造の変化を質量分析中(委託先;Bruker Daltonics K.K.)であり、その結果とRNA-seq解析との関連から、さらに解析を進める。2.レクチンを用いた粘液の組織学的糖鎖解析を、質量分析結果を踏まえてやり直す。この解析は、Hpと粘液および粘膜上皮細胞との接着に関与する分子を含む。3.RNA-seq解析によって、いくつかの遺伝子の変動が認められた。まず、これら遺伝子産物のインヒビターを用いて、その影響を確認する。一方で、遺伝子を発現する細胞を欠失させた状態での再侵入阻止能を検討する。さらに、遺伝子産物の粘膜上皮細胞への作用をin vitroの系で分子レベルにまで掘り下げて解析する。4.感染終息後4週の腸管組織より分離したリンパ球を未感染マウスへ移入し、侵入阻止が付与さえるかどうかを検討する。付与されるならば、移入細胞を絞り込み、寄与する細胞の表現型および組織内分布を特定し、さらに何が影響を受けたのかを追求する。付与されないならば、初感染によって活性化した細胞の関与が示唆される。RNA-seq解析および質量分析結果との兼ね合いで、候補細胞を絞り込み、遺伝子改変動物あるいは中和抗体投与によって候補細胞を欠失した状態での侵入阻止能を検討する。5.再侵入阻止の抗原特異性を調べるために、小腸粘膜組織内へ侵入する別種類の寄生虫(小形条虫Vampirolepis nana; Vn)を用いる。Vnの虫卵感染では、小腸で孵化した六鉤幼虫が粘膜固有層へ侵入して発育するが、数日後に同再感染させた六鉤幼虫は侵入を完全に阻止される;この機序は未だに不明のままである。Hp感染によって誘導されたHpの再侵入阻止が、Vnの組織内侵入を阻止するかどうか、さらに逆パターンについても検討する。寄生虫感染免疫組織切片上での質量分析委託(Bruker Daltonics K.K.)について、未だ解析が終わっていないために未支払いとなっている。上記解析結果が出た後、その費用を支払う。
疎水性鉱物の高度分離・精製に関する研究

初年度の研究として,静的加圧による融剤法で合成された人工ダイヤモンド中の不純物の除去を目的として浮選法の適用について検討した。まず,実操業工程中から採取した人工ダイヤモンドとセラミックスれんがの粉末混合試料を用いてケロシンを捕収剤としてpH4以下,ケロシン添加濃度5080mg/l,パルプ濃度4%以上の最適条件下において,ダイヤモンド実収率87%,同品位96%が得られた。また,ダイヤモンドと未反応グラファイトの浮選分離の可能性について検討したところ,シクロヘキサンあるいはn-デカンなどの比較的極性の低い捕収剤を用いて,最適添加濃度(40mg/l)および最適pH(pH11)を選定することにより,グラファイトを浮鉱中に回収可能であることを指摘した。更に,ダイヤモンドとグラファイトの混合試料を用い,上述の結果を基に浮選分離試験を行った結果,試薬の選定,同試薬の添加量,パルプpHを適正に制御することによりグラファイトを浮鉱中に回収し得ることを確認し,本目的に浮選法の適用の可能性を明らかにした。次年度には,初年度で得られた結果を基に,人工ダイヤモンド中の未反応グラファイトを高度に除去することを目的とし,捕収剤としてエロフロートあるいはケロシンを用いた場合の両者単独試料の浮遊性に及ぼす各種抑制剤の効果について検討した。ケイ酸あるいはリン酸化合物によりダイヤモンド浮遊率は著しくて低下するが,グラファイト浮遊率はこれら抑制剤の添加によっても高浮遊率のままであった。以上の結果より,上記化合物の加水分解反応生成物がダイヤモンド表面に吸着し同表面を親水性化していることを考察した。また,上記結果を基に両者の混合試料を対象とした浮遊選別法による優先分離試験を行い,適切な抑制剤,起泡剤,捕収剤,パルプpHを選定することにより,ダイヤモンド品位97%の沈降産物が同回収率96%で回収可能なことが確かめられた。初年度の研究としては、静的加圧による融剤法で合成された人工ダイヤモンド中の不純物としてのセラミックスれんが及び未反応グラファイトの除去を目的として、浮選法の適用について検討した。得られた結果を要約すると次のようである。1.実操業工程中から採取したダイヤモンドとセラミックスれんがの粉末混合試料を用いて、ケロシンを捕収剤として浮選条件を検討した。その結果、最適浮選条件としてはpH4以下、ケロシン添加濃度5080mg/〓、パルプ濃度4%以上である事が確かめられた。この条件下での浮鉱中のダイヤモンド実収率は87%、又浮鉱品位は96%が得られ、良好な成績であった。2.ダイヤモンドと末反応グラファイトの浮選分離の可能性を、各種の無極性試薬を用いて検討した。すなわち、シクロヘキサン、キシレン、ベンゼン、n-デカンを用いて、人工ダイヤモンドおよびグラファイトを単独使用し、その浮選性に及ぼすpH、試薬濃度などの影響について研究した。その結果いずれの無極性試薬を用いた場合についても最適pHを選定することにより、ダイヤモンドとグラファイトの優先浮選分離の可能性を確認した。グラファイトをフロスとして回収する事が重要であり、シクロヘキサンあるいはn-デカンを捕収剤とした場合にはpH=11、添加濃度は40mg/〓の浮選条件が最適である。3.ダイヤモンドとグラファイトの混合試料について浮選分離試験を行った結果、上記無極性試薬を用い、添加量及びpHを適正に制御する事によりグラファイトをフロスとして回収し得る事を確認し、本目的に浮選法の適用の可能性を明らかにした。現在、工具用素材として使用される人工ダイヤモンドの大部分は、融剤法により合成されたものである。

本方法の合成反応生成物からダイヤモンドのみを分離精製するためには、不純物としての未反応グラファイト,使用した鉄およびニッケルなどの融剤金属および合成反応容器として使用したセラミックス煉瓦などを直接的な化学処理法で除去を行い、高純度人工合成ダイヤモンドの精製を行っている。しかしながら,この化学的精製プロセスでは多量の化成品を消費するので化学的廃棄物の発生量も膨大なものとなっている。従って,より経済的で環境保全に合った適切な精製プロセスの開発が望まれている。当研究室では、化学的精製法に依らない方法として浮遊選別法を適用し、未反応グラファイトおよびセラミックス煉瓦などの不純物の除去について検討を行ってきている。特に本研究では,相互分離が極めて困難な産物の組み合わせであり,疎水性鉱物の代表であるダイヤモンドと未反応グラファイトの混合物からそれぞれを優先的に浮選分離するプロセスの適用可能性について検討を行った。まず、捕収剤としてエロフロートあるいはケロシンを用い、両者単独試料の浮遊性に及ぼす各種抑制剤の効果について検討した。ケイ酸あるいはリン酸化合物によりダイヤモンド浮遊率は著しくて低下するが,グラファイト浮遊率はこれらの抑制剤の添加によっても変化は殆ど認められず高浮遊率を維持したままであることが確かめられた。以上の結果より,上記化合物の加水分解反応生成物がダイヤモンド表面に吸着し、同表面を親水生化していることを考察した。また,上記結果を基に,両者の混合試料を対象とした浮遊選別法による優先分離試験を行い,抑制剤としてリン酸化合物,起泡剤としてパイン油,捕収剤としてケロシンを選定することにより,アルカリ性パルプでダイヤモンド品位97%,同回収率96%の沈降産物として回収可能なことが確かめられた。
女性の食物管理についての民俗学的研究

本年度はそ菜園の多様性の追求と農事日誌の分析を2点を研究の柱として当初の計画に盛り込んだが、農事日誌の分析は次年度にまわし、第1点についてフィールドワークを集中的に行った。その結果、従来申請者が収集した資料とは異なったタイプのそ菜園について調査することができた。申請者は前年度まで長野県、山形県を中心とした米作地帯でかなり集約的な栽培形態をとるそ菜園について研究を進めてきた。ところが本年度、調査を行った地域ではかなり粗放的な栽培形態を取っていた。広島県の果樹栽培地域(6月に調査)では果樹の合間の草むらの中に野菜が実っているという具合で、自給用の野菜の栽培はあくまでも福次的なものとして扱われている。一方、日本海側の漁業が中心の半農半漁村(1012月調査)では、漁期に沿って自家用野菜の栽培にかける労力の比率が左右され、魚の加工などに忙しい時期はほとんど畑へ行く暇はなく、畑は放置された状態になるという。しかし、半農半漁村の場合は時代的な変遷を考慮に入れる必要がある。自給自足の時代には限られた耕地を最大限利用しようと、かなりの急斜面の土地を山の奥深くまで開拓していた。今後、これらの調査地における資料をより一層綿密なものとし、それらの相違が何に由来するものであるか慎重に検討して行くつもりである。
「津軽国学社中」の基礎的研究-国学と民俗学の間・平尾魯仙を中心に-

平尾魯仙は津軽の代表的画人として知られているが、本研究では国学者、民俗学者としての彼の業績を思想史的に位置づけた。津軽では鶴舎有節を筆頭として、今村真種、岩間滴、三谷大足、増田幸太郎、植田平吉、竹田清次郎、笹木淡路、小野若狭、笹木健作等々といった人々が平田篤胤没後門人という形で篤胤の養子鉄胤の門下に名を連ねており、津軽国学グループと称してもよいような人脈が形成され、魯仙もその主要なメンバーであることを、収集した書簡・史料から実証的に明らかにした。加えて、不明確であった魯仙の生涯を掘り起こし、跡づけた。また、彼の主要著作である『幽府新論』を分析し、そこで展開されている言説が平田篤胤の幽冥界に関する言説に強く影響を受け、古今に渡る和漢の学説を博引妾証しながら「神霊」「鬼神」「心霊」の活動と幽冥界の実在を証してゆこうとしたものであることを考察した。魯仙は土俗的な宗教的土壌に深く根ざしたところで考え、人々の土俗的な信仰の内に息づいている基層の感覚を吸い上げて、それを学問、思想として表現していったのである。魯仙のこうした知的営為には、平田国学に関するこれまでの研究視角の変更を迫るものがある。すなわち従来、平田国学はナショナリズム思想、国体イデオロギーの権化という視点から分析される事が多かったが、明治期の柳田民俗学を準備するような先駆的意義を有することを論証し、国学が民俗学として展開してゆく系譜の可能性を構想した。本研究は津軽国学社中の実態を未翻刻資料の調査を踏まえて実証的に明らかにしようとするものである。本年度は津軽国学社中の中心メンバーである平尾魯仙に的を絞り、資料の調査と解読、分析を行ったが、具体的には以下の通りである。1弘前市立図書館所蔵の平尾魯仙の多くの著述を調査し、その全体の概要を把握した。必要と思われるものは撮影複写し、収集した。2同図書館が所蔵する魯仙の書簡を調査し、複写収集した。3青森県立郷土館が所蔵する魯仙の書簡を収集した。4同館が所蔵する平田銕胤の津軽門人宛への書簡を収集した。5国会図書館が所蔵する『新論草稿』及び『魂のゆくへ』を調査した。その結果これらは弘前市立図書館所蔵の『幽府新論』の草稿段階にあたる魯仙の自筆原稿であることが確認でき、『幽府新論』が相当の準備の上で著されたものであることが判明した。6無窮会文庫が所蔵する『幽府新論』上下合冊本を調査した。その結果これは弘前市立図書館蔵の自筆本である『幽霊新論』八巻のうち、欠本にあたる巻一・巻二であり、魯仙の自筆本であることが確認できた。7上記収集資料のうち、書簡の解読と分析を行った。その結果、書簡類からは銕胤と津軽国学グループとの書簡による密接な交流や『幽府新論』が銕胤の披見を請うて銕胤のもと送られている事など、その間の消息が具体的に判明した。8上記収集の著作のうち『幽府新論』を解読分析した。その結果、この著述が平田篤胤の思想の決定的影響化にあって、篤胤の幽冥論を和漢の著作や民間伝承の中で実証しようとする意図で著されたもので、思想史的価値の高い著作であるとの確証を得た。9『幽霊新論』のデーターベース化を考えて、入力作業を遂行中である。

津軽では鶴舎有節を筆頭として、今村真種、岩間滴、三谷大足、増田幸太郎、植田平吉、竹田清次郎、笹木淡路、小野若狭、笹木健作等々といった人々が平田篤胤没後門人という形で篤胤の養子鉄胤の門下に名を連ねており、津軽国学グループと称してもよいような人脈が形成され、魯仙もその主要なメンバーであることを、収集した書簡・史料から実証的に明らかにした。加えて、不明確であった魯仙の生涯を掘り起こし、跡づけた。また、彼の主要著作である『幽府新論』を分析し、そこで展開されている言説が平田篤胤の幽冥界に関する言説に強く影響を受け、古今に渡る和漢の学説を博引旁証しながら「神霊」「鬼神」「心霊」の活動と幽冥界の実在を証してゆこうとしたものであることを考察した。魯仙は土俗的な宗教的土壌に深く根ざしたところで考え、人々の土俗的な信仰の内に息づいている基層の感覚を吸い上げて、それを学問、思想として表現していったのである。魯仙のこうした知的営為には、平田国学に関するこれまでの研究視角の変更を迫るものがある。すなわち従来、平田国学はナショナリズム思想、国体イデオロギーの権化という視点から分析される事が多かったが、明治期の柳田民俗学を準備するような先駆的意義を有することを論証し、国学が民俗学として展開してゆく系譜の可能性を構想した。
金属微小接合の溶液内安定形成とコンダクタンス量子化挙動の制御

電子線リソグラフィーと反応性イオンエッチングを用いて作製したAuナノ電極を用いて、単一分子接合の電気伝導度計測、およびラマンスペクトル計測を行うことを試みた。単一分子接合形成にはMechanical Controllable Break Junctions(MCBJ)法を用いた。本手法は単一分子接合形成法として一般的に用いられる方法で、機械的に金属ナノ接合の接合形成、破断を制御することでナノギャップ電極や単一分子接合を形成する手法である。MCBJ電極は以下のような手順で作製した。厚さ0.8mmのAl基板を陽極酸化し表面に絶縁性の酸化膜(Al_2O_3層)を形成させた。その後、Al_2O_3表面にポリイミド層をスピンコートにより作製した。続いて本基板上に電子線リソグラフィー、法によりAuナノ電極を作製した。最後に反応性イオンエッチングによりポリイミド層を除去することでMCBJ電極とする。単一分子接合は、上記のMCBJ電極を用い、1mM4,4'-ビピリジン水溶液中にて接合形成、破断を繰り返すことで作製した。接合形成、破断過程の電流を測定することで、単一分子接合の電気伝導度を評価した。単一分子接合の伝導度、ラマンスペクトル同時測定は、MCBJ装置を顕微ラマン分光装置に組み込むことで行った。MCBJ法による伝導度測定下において顕微ラマン分光を行うことで、単一分子接合のラマンスペクトルを測定し、単一分子の架橋状態評価を試みた。4,4'-ビピリジン単一分子接合の伝導度、ラマンスペクトル同時測定達成後は、架橋分子種の拡張や電気化学電位制御下における測定、ナノ電極形状依存性についても検討を行った。今年度はまず溶液内電気化学系においてPt族Pt、Rh、Pd、Ir微小接合の伝導度測定を行った。電気化学系ではPt族は水素電極反応に高い触媒活性を示し、電気化学電位により水素の吸着脱離を任意に制御することが可能である。測定には電気化学走査型トンネル顕微鏡(STM)をベースに改造したシステムを用いた。対向するPt族STM探針とPt族基板を接触、引き離す事により機械的にPtナノ接合を形成し、その電極間の電流をin-situ測定した。測定の結果、Pt、Rh、Pd、Irいずれも電気化学電位によりコンダクタンス挙動が大きく変化する結果が得られた。さらに、水素電極反応下では、単一水素分子接合形成を示唆する結果が得られた。続いて、金属電極間に架橋された単一有機分子接合の接合形状評価手法の開発を試みた。現在、ナノデバイスへの応用を目指し、金属電極間に架橋された単一有機分子の伝導特性が注目を集めている。しかし従来の研究では電気伝導度のみの測定が殆どで、分光などを用いた有機分子の直接観察は行われておらず架橋状態は不明確であった。一方金属ナノギャップでは強い増強場が誘起されることにより、表面増強ラマン散乱(SERS)効果を用いた単分子レベルのラマン分光が可能となる。金属ナノギャップにおけるSERSを用いることで、局所的な分子の吸着状態、配向性についての検討が可能となる。実験に際し、電子線リソグラフィーを用いたSERS活性な金属ナノギャップ電極を作成した。この電極を用い、4-4'ビピリジン溶液中において電気化学電位制御下のラマンスペクトル測定を行った。その結果Auナノギャップ近傍においてのみ強いラマンシグナルが観測された。観測されたスペクトルは、44bpyのAu電極表面におけるSERSに由来するスペクトルと一致し、Auナノギャップ近傍の局所的な情報を得ることに成功した。平成19年度は単一分子接合の分子-金属結合状態の評価手法開発を目的に研究を行った。近年、金属ナノギャップに架橋した単一分子接合は、従来の半導体デバイスに変わる微小デバイスへの応用の点から注目を集めている。現在までに様々な単一分子接合が作製され、その伝導度測定がなされてきた。しかしほとんどの場合、電気伝導度のみが測定されているので、真に目的となる分子の伝導度を測定しているのかが明らかではない。そこで私は表面増強ラマン散乱(SERS)に着目した。SERSでは金属ナノギャップを利用することで単一分子レベルの分光が可能となり、ナノギャップ間における分子の同定、分子の架橋状態を評価できるからである。そこで電子線リソグラフィーと反応性イオンエッチングを用いて作製したAuナノギャップ電極を用いて、単一分子接合の電気伝導度計測、およびラマンスペクトル計測を行うことを試みた。Auナノギャップ電極は以下のような手順で作製した。厚さ0.8mmのA1基板を陽極酸化し表面に絶縁性の酸化膜を形成させた。その後、ポリイミド膜をスピンコートし、その上にAu電極を電子線リソグラフィ法により作製した。Auナノギャップ電極はAu電極をピエゾ素子を用いて押し曲げ破断させることで作製した。分子接合はAuナノギャップ電極を1mM 4,4'-ビピリジン水溶液中に浸すことで作製し、近赤外顕微ラマン測定を励起波長785nmにておこなった。近赤外顕微ラマン測定の結果、ナノギャップ近傍において局所的にラマン散乱シグナル強度が増大する現象が観測された。ギャップ近傍で得られたスペクトルはバルクスペクトルとエネルギー位置、ピーク強度比などの点で良く似ており、Auナノギャソプに架橋した4,4'-ビピリジンのラマンスペクトルを計測できたものと考えている。一方、定量的には両者は異なっており、今後詳細に検討する必要がある。

電子線リソグラフィーと反応性イオンエッチングを用いて作製したAuナノ電極を用いて、単一分子接合の電気伝導度計測、およびラマンスペクトル計測を行うことを試みた。単一分子接合形成にはMechanical Controllable Break Junctions(MCBJ)法を用いた。本手法は単一分子接合形成法として一般的に用いられる方法で、機械的に金属ナノ接合の接合形成、破断を制御することでナノギャップ電極や単一分子接合を形成する手法である。MCBJ電極は以下のような手順で作製した。厚さ0.8mmのAl基板を陽極酸化し表面に絶縁性の酸化膜(Al_2O_3層)を形成させた。その後、Al_2O_3表面にポリイミド層をスピンコートにより作製した。続いて本基板上に電子線リソグラフィー、法によりAuナノ電極を作製した。最後に反応性イオンエッチングによりポリイミド層を除去することでMCBJ電極とする。単一分子接合は、上記のMCBJ電極を用い、1mM4,4'-ビピリジン水溶液中にて接合形成、破断を繰り返すことで作製した。接合形成、破断過程の電流を測定することで、単一分子接合の電気伝導度を評価した。単一分子接合の伝導度、ラマンスペクトル同時測定は、MCBJ装置を顕微ラマン分光装置に組み込むことで行った。MCBJ法による伝導度測定下において顕微ラマン分光を行うことで、単一分子接合のラマンスペクトルを測定し、単一分子の架橋状態評価を試みた。4,4'-ビピリジン単一分子接合の伝導度、ラマンスペクトル同時測定達成後は、架橋分子種の拡張や電気化学電位制御下における測定、ナノ電極形状依存性についても検討を行った。