hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3テスラMRSを用いた脳内GABAの測定により夜勤従事者の疲労を客観的に評価する

今回の結果は、脳内GABA、Gluにおける日勤従事者と夜勤従事者間の日内変動の違いを示唆するものと考えられた。夜間勤務に伴う慢性疲労状態の病態解明や対策は進んでおらず、夜間勤務の影響の客観的評価法が求められている。夜勤従事者では、主要な興奮性、抑制性の神経伝達物質である脳内グルタミン酸(Glu)とγ-アミノ酪酸(GABA)に変化が生じている可能性があり、超高磁場の3T MRスペクトロスコピー(MRS)を用いMEGA-PRESS法という手法により計測した。この計測には精度の高い装置の調整が必要であり、習熟した1名の研究分担者が行った。また脳内GluとGABAのピークはきわめて微小であるため、その解析にはLC modelという専用のソフトウェアを用い、かつ解析に習熟した別の研究分担者が行った。日勤従事者16名、夜勤従事者16名について、脳内GluとGABAの日内変動を計測した。具体的な夜間勤務業種としては、1年以上の夜間勤務に従事する看護師、救急救命医師等を対象とし、脳内GluとGABAは、朝、夕の決められた時間帯で2回測定した。その結果、それぞれの業種において異なる日内変動が観察されたため、本年度はその詳細な解析を行った。すなわち正常コントロールとしての日勤従事者と夜勤従事者の脳内Glu・GABAの日内変動を比較したところ、前頭葉のGABA/Cr比は夕方において、夜勤従事者が日勤従事者よりも有意に低い値を示した(3.77 vs 1.75,p<0.05)。一方、Glu/Cr比では、朝夕ともに両群間に有意差を認めなかった。従って、交代制勤務が脳内GABA濃度に影響を及ぼす可能性が示唆された。
南北両極の氷床コアに含まれるエアロゾル組成を用いた氷期間氷期の大気化学環境の解読

アイスコアに保存されている水溶性エアロゾルを微粒子1粒ごとに観察する手法を世界に先駆けて開発し,南極で採取されたドームふじアイスコアに含まれる硫酸塩エアロゾルを測定した。その結果,過去30万年間の氷期-間氷期サイクルにおいて,硫酸塩フラックスと気温の間に逆相関がみられた。この事実は,硫酸塩フラックスが大きい時代は,エアロゾルの間接効果が気温低下をもたらしていることを示唆する。最終氷期最盛期(約2万年前)から現在の間氷期(現在約1万年前の温暖期)への気温変動のうち,硫酸塩エアロゾルの間接効果による寄与は最大で5°Cと見積られ,硫酸塩エアロゾルが氷期-間氷期の気温変動に寄与したことを解明した。大気中に含まれるエアロゾルは大気の性質を決め、その濃度や組成の解釈は大気汚染や地球温暖化の解釈に重要な知見を提供する。特に、過去から現在に至る連続的なエアロゾル組成や濃度の変遷特性を把握することは大気汚染や地球温暖化の将来予測に必要不可欠である。本研究では、南北両極の氷床コアから過去のエアロゾル組成という大気汚染や地球温暖化の解釈に重要で、かつ新しい環境指標を抽出して、氷期間氷期スケールの気候変動に特有な古大気環境を解読している。H23年度は南極氷床の古環境復元にドームふじコアを用い、過去30万年間のエアロゾル組成を分析した。主成分である硫酸塩や塩化物塩の重量比が、イオン濃度から推定される重量比とよく一致していることが明らかとなった。また、氷期から間氷期にかけての氷期退氷期において、300年間隔という高時間分解能なエアロゾル組成分析をした。その結果、硫酸塩の組成が16500年前を境に急激に変化すること、16500年前から現在にかけて、エアロゾルの主成分になる硫酸ナトリウムの重量割合が南大洋インド洋セクターの海氷面積変動の良い指標になることが示唆された。他方、北極グリーンランドの古環境復元にNEEMコアを使用した。NEEMコアの最終氷期最盛期、完新世のエアロゾル組成を分析した。その結果、NEEMコアはドームふじコアに比べて塩化物塩が豊富に含まれていること、最終氷期最盛期のNEEMコアにふくまれるエアロゾルは不溶性粒子に硫酸塩と塩化物塩がともに付着している割合が高く、南極に比べてエアロゾル濃度の濃い北極の最終氷期の大気環境が複雑であることが明らかとなってきた。引き続き、NEEMコアの解析を続け、最終氷期最盛期のNEEMコアにふくまれるエアロゾルの特徴を解明していく。南極沿岸域で掘削されたTalosドームコアから最終氷期と間氷期の不揮発性の海塩・硫酸エアロゾル粒子を抽出し、X線分析装置で元素組成を分析した。温暖期と寒冷期で粒子の元素組成に特徴的な違いがみられ、かつ、これまで本課題で取り組んできた南極ドームふじコアとは異なった元素組成であった。間氷期において、沿岸から内陸にかけて海塩エアロゾルが大気輸送中に硫酸塩化することが知られているが、その化学変化量が沿岸と内陸で異なり、Talos地域では約半分の海塩エアロゾルが硫酸塩化せずにアイスコアの中に存在していることが確認された。以上の成果を論文としてまとめた。北極グリーンランドコアを用いて、最終氷期と間氷期の不揮発性の海塩・硫酸エアロゾル粒子を抽出し、X線分析装置で元素組成を分析した。特に過去300年間の人為起源エアロゾルの挙動に着目し、高時間分解能でこの期間のエアロゾルの変遷を解読した。その結果、人為起源硫酸イオン濃度が増加する1900年以降に硫酸塩エアロゾル濃度が増加していることが確認された。今後、関連する成果を学術論文として公表していく予定である。・南極ドームふじ氷床コアに含まれる不揮発性微粒子の分析を継続した。第1期ドームふじ氷床深層コアの最終退氷期を数百年スケールで分析し、データの解釈を継続している。・南極ドームふじ氷床コアに含まれる不揮発性微粒子の分析のうち水溶性エアロゾルのひとつである硫酸塩エアロゾル粒子に着目し,過去30万年間のフラックスを復元することに成功した。大気中の硫酸塩エアロゾルが氷期-間氷期サイクルの気温変動を増幅していたことを初めて解明し、将来の地球温暖化予測において,最も大きな不確定要因になっているエアロゾルの影響評価を,高精度でモデルに取り込むことができるようになると期待される。この研究成果をNatureにて発表した。・北極NEEMコアに含まれる不揮発性微粒子の分析を継続した。NEEMコア全長にわたり5000年分解能で分析し、データの解釈を継続している。・北極NEEMコアに含まれる不揮発性微粒子の分析のうち水溶性エアロゾルである硫酸塩

・塩化物塩エアロゾル粒子に着目し,南極コアに含まれるエアロゾル組成との比較をsした。北極コアに含まれる水溶性塩は主に塩化物塩であり、南極コアに含まれるエアロゾルとは組成が大きく異なっていることが明らかとなった。特に北極コアの最終氷期最盛期において、塩化物塩/硫酸塩の比が大きくなることが分かった。現在、その理由を議論している。今後、議論をまとめ、国際学会等で発表し、査読付きの学術論文に投稿を予定している。雪氷学H23年度の目標に掲げた1)昇華法を利用して両極の氷床コアに含まれる不揮発性粒子を抽出する、2)抽出された不揮発性粒子をエネルギー分散型X線分析装置(SEM-EDS)で分析する、のほとんどを達成したため。25年度が最終年度であるため、記入しない。5年計画の3年目という中期にもかかわらず、南極の過去30万年間のコア研究成果としてNatureに「氷期ー間氷期の気温変動に硫酸塩エアロゾルが寄与している」という主旨を論文発表したため。引き続き、不揮発性粒子の抽出と分析を進め、氷期間氷期変動とエアロゾル組成の挙動を数千年の時間分解能で解読する。北極NEEMコアのイオン濃度の分析データを入手し、エアロゾル組成とイオン濃度の関連性を精査する。両極アイスコアに含まれる不揮発性粒子の解析がこの課題のメインテーマである。南極のほうは成果を得た。今後は北極コアのデータの解釈および成果創出に特化していく。・南極ドームふじ氷床コアについては、第1期ドームふじ氷床深層コアの最終退氷期を数百年スケールで分析した結果の論文化。・北極NEEMコアについては、指導学生をスウェーデンに派遣し分析をさせる。あわせて得られたデータの解釈を継続している。可能であれば、平成25年度内に論文化。
外洋域表層での難溶性放射性同位体の分布と水平的、鉛直的物質輸送

海水中の^<234>Thは(半減期24.1日)は、溶存している^<238>Uの放射壊変で生じるが、海水に難溶なため周囲の粒子との反応性が高く、粒子の沈降に伴って海水から除かれていく。海水中の粒子には、陸起源のものと海水中で生じる生物起源のものがあるが、外洋では、後者が圧倒的に多い。このため、生物活動によって粒子が多く生産され下方への沈降が活発に起こっている海域で、^<234>Thの除去がさかんであると言える。本研究の目的は、逆に、外洋域の表層水の^<234>Thの分布から^<234>Thの除去速度を定量的に把握し、これと現場の生物活動とを結びつけて考えようとするものである。そこで、亜寒帯海域と亜熱帯海域に1点ずつ測点(45゚05'N,165゚08'Eと24゚55'N,165゚02'E、東京大学海洋研究所白鳳丸のKH91ー3次航海)を設け^<234>Thの測定を行なった。表面から500mまでの8層から約1001の海水を採取し0.6μmのメンブランフィルタ-でろ過をしてろ過海水と懸濁粒子について測定した。ろ過海水中と粒子態の^<234>Thを合計した全^<234>Thは、北の点で水深100mまで親核種の^<238>Uより少さく、それ以深では放射平衡に達していた。南の点でも表層で全^<234>Thの不足が見られたが、その程度は北の点より小さく、また、表面近くより100ー200m層で顕著であった。^<234>Thの不足が見られる層は植物色素量の最大または極大層とほぼ一致していた。粒子態の^<234>Thは、300m以深で両点とも全体の5%であったが、ろ過海水中の濃度が小さいところで大きくなり、最大で20%を占めた。これらの測定結果に簡単な箱モデルを適用して、^<234>Thの粒子化は北の点では0ー100m層で活発だったのに対し南の点では速度は北の点の半分ほどであるが水深200mまで起こっていた、200mを抜ける^<234>Thは北の点で南の点より2倍程度大きかった、ことがわかった。
カーボンナノチューブ界面での電子輸送－ユビキタスガスセンサーへの道－

本研究の直接的な目的は、カーボンナノチューブ(CNT)を利用した超低電力ガスセンサーを実現するためにガス分子吸着による応答メカニズムを解明することである。吸着平衡定数の計測と初期応答の測定によりCNTへのガス分子吸着の基礎特性を調べる。広い意味での目的はナノスケール界面での電子輸送を明らかにすることであり、エレクトロニクスや生体医工学の分野への波及・貢献において期待できる。現在主流のガスセンサーは消費電力が大きく、電源から独立して使用することができない。これは分子吸着によるキャリア濃度の変化を利用するため反応性を高める必要があるからである。小型化による対応が行われているが既存技術の延長で限界が見えている。本研究で対象とするセンサーはCNTーCNT界面でのキャリア移動度の変化を利用するため加熱電源が不要、且つ応答原理に吸着ガス分子の3つの物理特性(分子直径、吸着エネルギー、誘電率)が影響するため単独で分子種の特定が可能となる。これは現時点では実現していない夢の技術である。今年度はガス分子吸着直後の応答と高感度化への検討を行った。極性分子と無極性分子とで薄膜吸着直後の応答が全く異なることが観察された。これは今までだれも報告していなかった現象で実用化に向けては重要な知見となる。無極性分子に関しては吸着直後の非常に短い時間だけであるが過剰な応答を示した。もしこれが一般的に適用できるのであればガス分子の種類を特定するのに応用することが可能となる。さらに好感度化への検討であるが薄膜の厚みに対する応答の違いを実験的に検討した。厚みが増すにつれてガス分子にさらされる割合が減少するためか感度が低くなることが確認された。しかし薄膜の隙間と分子の大きさとを比較すると妥当な検討とはいえず今後さらに検討すべき課題である。複雑な機構をとらずともメカニズムに関して十分な検討が可能であることがわかりよりスムーズに研究を遂行することが可能となった。薄膜の厚みへの検討し関してはすでに論文を準備中であり半年以内に公表が可能と考えている。分担研究者との連携も十分とれており研究はかなり順調に進んでいるといえる。これまでスピンコート法により薄膜を作成していたが、分担者の技術である吸引ろ過による薄膜合成を行ったところスピンコート法に比べてはるかに膜厚は大きいものの感度が上がった。これに関しては現在検討中である。吸引ろ過法によるもののほうが作成したサンプルのハンドリングが良く、応用を考えた時に望ましいものである。今後はなぜ感度が上がったかを検証し、モデル化することで実用化につながる。吸引ろ過により厚みの異なるナノチューブ薄膜を作成し傾向を調べていく。スピンコート法に比べて膜の均一性に問題がある恐れがあるためまずは薄膜の均一性を調べ、膜の中央部と端部でシート抵抗の値が5%以内の差になるように作成し実際の検討に進む。測定するガス分子は、水、二酸化炭素、エタノール、メタンなど日常的なものを予定している。これまでは真空容器の中で計測していたがより現実的な計測場として今後は空気中での計測も行う予定である。

今後はなぜ感度が上がったかを検証し、モデル化することで実用化につながる。吸引ろ過により厚みの異なるナノチューブ薄膜を作成し傾向を調べていく。スピンコート法に比べて膜の均一性に問題がある恐れがあるためまずは薄膜の均一性を調べ、膜の中央部と端部でシート抵抗の値が5%以内の差になるように作成し実際の検討に進む。測定するガス分子は、水、二酸化炭素、エタノール、メタンなど日常的なものを予定している。これまでは真空容器の中で計測していたがより現実的な計測場として今後は空気中での計測も行う予定である。
権利アプローチに基づく「性と生殖に関する健康」：アジアでの実践の適用可能性の検討

本研究の目的は、個人の福祉(well-being)とエンパワメントにとって重要な構成要素である「性と生殖に関する健康)」の実現に向けて、ジェンダー視点に基づいた権利アプローチのアジアにおける実践が、現実的また戦略的にどのような成果を生み出せるかを検証し、権利アプローチが「性と生殖に関する健康」に関連するジェンダー課題の解決に貢献するための実践的枠組の検討と構築をおこなうことである。そのことを通じ、平等な関係性に基づいた「性と生殖に関する健康」の実現に向けた国内外の実践に対し学術的に重要な知見を提供する他、特に、望まない妊娠、(デート)DV、HIV感染等、日本における関連する諸課題の解決に対し具体的かつ実質的に貢献する。2018年度は、文献調査に引き続き取り組むと同時に、マスム、ステッピングストーンズ以外の、権利アプローチに基づいて「性と生殖に関する健康」の実現に取り組んでいるアジアの団体との関係構築を模索した。これについては、カナダにおけるW7(Women 7)サミットへの出席、また同会議の「性と生殖に関する健康と権利」分科会への参加と提言作成プロセスに関わったことにより、「性と生殖に関する健康と権利」に関する世界の動向に触れる機会があったことは重要な成果であった。議論から得られた知見や会議を通じて構築したネットワークを、今後、これまでに現地調査を含めて情報を収集してきたマスム、ステッピングストーンズ以外の団体との関係を構築することにつなげることにより、より多角的な分析と検討をおこなっていく。また、2018年度の後半にかけては、セクハラ事件への政府やメディアの対応、父による娘へのレイプに対する無罪判決等、2018年に発生した女性の「性と生殖に関する健康と権利」をそこなう様々な事件について、権利アプローチの視点から報告や勉強会でのコメントをおこなった。2018年度におこなう予定であったインドにおける調査結果のさらなる分析・検討と、カンボジアにおける調査への発展的な反映については、協力を依頼しているNGOの組織改編等の理由により、2019年度に繰り越しての実施となるが、その他については、おおむね順調に進展している。また、当初の予定にはなかったものの、2018年4月にカナダで開催されたW7(Women 7)サミットへの出席および「性と生殖に関する健康と権利」分科会への参加によって、「性と生殖に関する健康」の実現に向けた世界の課題と地域における実践に関する知見を得られたことは、本研究にとって大きな成果であった。2019年度の前半は、2018年度に十分に進めることができなかったインドにおける調査結果のさらなる分析・検討と、カンボジアにおける調査への発展的な反映に、引き続き取り組むとともに、インドおよびカンボジアにおける現地調査を実施し、これまでの調査結果を踏まえ、さらに検討が必要な課題について調査と分析をおこなう。また、本研究の成果の一環として、ジェンダー視点に立った権利アプローチに基づく「性と生殖に関する健康」の推進に関する意義と成果を広く発信するために、インドおよびカンボジアから、研究者あるいは調査協力NGOのスタッフを日本に招いて国際セミナーを開催し、日本における関連する諸課題の効果的な解決に貢献する。年度後半は、それまでの研究成果を踏まえ、支配性・従属性を内包した関係の変革を通じた、ジェンダー視点に立った「性と生殖に関する健康」の実現に貢献する実践的枠組の構築に向け分析と検討を続ける。それらを通じ、権利アプローチに基づくジェンダー視点に立った「性と生殖に関する健康」のための教育・研修教材を作成し、授業や市民向けのセミナー等で実践する。平成29年度は、研究開始年度としてまず、連携研究者を交え、研究計画全体を確認すると同時に研究実施体制を検討し、各自の担当部分について再確認した。二分野から構成される研究計画の一つ目である「ジェンダー視点に立った権利アプローチに基づく『性と生殖に関する健康』の実践例に関するアジアにおける実証的調査を通じた実践枠組の検討」については、8月にカンボジアを訪問した連携研究者が、権利アプローチに基づいたHIV/エイズ予防研修として世界各国で実施されている「ステッピング・ストーンズ」研修について、カンボジアにおける実践の現状や課題についての予備調査をおこない、平成30年度の海外調査に向けた知見を得ると同時に研究者、NGOに調査への協力を依頼することができた。また、二つ目の分野である「日本における権利アプローチの適用可能性の分析と検討」については、権利アプローチの理論的検討を目的とする読書会、権利アプローチに基づいてHIV/エイズ予防プログラムを実施しているNGOへの聞き取りをおこなった。加えて、日本における権利アプローチの実践例についても、国連女性差別撤廃委員会の支援を得つつ雇用裁判を闘った女性からの聞き取りに向けた準備をおこなうことができた。加えて、権利アプローチに基づく「性と生殖に関する健康」や周辺概念である「人間の安全保障」に関する学術的研究および国際機関やNGOの文献を収集・分析した。特にアジアやアフリカ等、西欧以外の地域における人権概念の浸透、権利アプローチに基づくジェンダー視点に立った実践に関する文献資料を検討した。研究代表者、連携研究者による研究体制と担当分野を再確認すると同時に、アジアでの実践例についてのカンボジアにおける予備調査や関連文献の収集と分析・検討をおこなうなど、平成29年度に予定されている研究については、おおむね滞りなく実施してきたと考えている。ただ、インドにおける調査の準備については、昨年は協力を依頼しているNGOが大規模な周年事業を実施した関係もあって、予定通りには準備を進めることができなかった。平成30年度は、平成29年度に実施することができなかった課題に取り組むとともに、当該年度に予定されていた研究計画の実施に努める。

本研究の目的は、個人の福祉(well-being)とエンパワメントにとって重要な構成要素である「性と生殖に関する健康)」の実現に向けて、ジェンダー視点に基づいた権利アプローチのアジアにおける実践が、現実的また戦略的にどのような成果を生み出せるかを検証し、権利アプローチが「性と生殖に関する健康」に関連するジェンダー課題の解決に貢献するための実践的枠組の検討と構築をおこなうことである。そのことを通じ、平等な関係性に基づいた「性と生殖に関する健康」の実現に向けた国内外の実践に対し学術的に重要な知見を提供する他、特に、望まない妊娠、(デート)DV、HIV感染等、日本における関連する諸課題の解決に対し具体的かつ実質的に貢献する。2018年度は、文献調査に引き続き取り組むと同時に、マスム、ステッピングストーンズ以外の、権利アプローチに基づいて「性と生殖に関する健康」の実現に取り組んでいるアジアの団体との関係構築を模索した。これについては、カナダにおけるW7(Women 7)サミットへの出席、また同会議の「性と生殖に関する健康と権利」分科会への参加と提言作成プロセスに関わったことにより、「性と生殖に関する健康と権利」に関する世界の動向に触れる機会があったことは重要な成果であった。議論から得られた知見や会議を通じて構築したネットワークを、今後、これまでに現地調査を含めて情報を収集してきたマスム、ステッピングストーンズ以外の団体との関係を構築することにつなげることにより、より多角的な分析と検討をおこなっていく。また、2018年度の後半にかけては、セクハラ事件への政府やメディアの対応、父による娘へのレイプに対する無罪判決等、2018年に発生した女性の「性と生殖に関する健康と権利」をそこなう様々な事件について、権利アプローチの視点から報告や勉強会でのコメントをおこなった。2018年度におこなう予定であったインドにおける調査結果のさらなる分析・検討と、カンボジアにおける調査への発展的な反映については、協力を依頼しているNGOの組織改編等の理由により、2019年度に繰り越しての実施となるが、その他については、おおむね順調に進展している。また、当初の予定にはなかったものの、2018年4月にカナダで開催されたW7(Women 7)サミットへの出席および「性と生殖に関する健康と権利」分科会への参加によって、「性と生殖に関する健康」の実現に向けた世界の課題と地域における実践に関する知見を得られたことは、本研究にとって大きな成果であった。平成30年度の前半は、研究(I)「ジェンダー視点に立った権利アプローチに基づく『性と生殖に関する健康』の実践例に関するアジアにおける実証的調査を通じた実践枠組の検討」に関しては、2016年におこなったインドにおける調査結果をさらに分析・検討することと並行して、その成果を平成30年度に実施するカンボジアにおける調査に発展的に反映させ、カンボジア現地調査の方法、調査対象者、情報収集項目の選定と質問票作成を含む調査計画を確定し、実施に向けた準備を進める。
エントレインメント現象による特発性心室性頻拍症の機序、抗不整備脈剤の作用部位の検討

左室起源の特発性心室性頻拍症がリエントリ-によること、そしてその回路内には遅延伝導部位が存在することを既に明らかにしたが、抗不整脈剤がリエントリ-回路にどのように作用するかについて検討した。通常の方法にて心室性頻拍症を誘発し、エントレインメント現象を確認し、ペニシング部位より頻拍症の最早期興奮部位までの伝導時間および右室内伝導時間を測定した。最早期興奮部位までの伝導時間は417±21msecで、右室内伝導時間は80±10msecであり、前者に遅延伝導が存在すると考えられた。ベラパミル投与後、心室性頻拍症のレ-トは平均23拍/分減少したが、エントレインメント中に測定された伝導時間は最早期興奮部位までが498±45msecと有意に延長したのに対し、右室内伝導時間は80±10msecと不定であった。すなわちベラパミルはリエントリ-回路内の遅延伝導部位に選択的に作用し、伝導時間を延長し、その結果頻拍症のレ-トが減少したことが示された。以上の抗不整脈剤の選択的作用が、器質的心疾患を合併した心室性頻担症においてもあてはまるかどうかを検討する目的で、陳旧性心筋梗塞後再発をくり返した心室性頻担症のエントレクンメントを行い、同様の方法で遅延伝導に対するI群抗不整脈剤(プロカイソアミド)の効果を検討した。その結果、プロカインアミドは右室内伝導時間を軽度延長したが、最早期興奮部位までの伝導時間を著明に延長し、用量依存性に局所性ブロックを〓し、頻拍症を停止させた。特発性心室性頻拍症と同様に、抗不整脈剤がリエントリ-回路内の遅延伝導部位により強く作用するとが示された。このことは抗不整脈剤の頻拍停止機序を示すものと考えられる。左室起源の特発性心室性頻拍症の発症機序を検討する目的で、本症の4例(男性3名、女性1名)に電気生理学的検査を行った。穿刺法により少くとも3本の電極カテーテルを心腔内に進め、1本を右室心尖部に、1本を右室流出路に、1本を左室内に留置した。動脈圧、心電図モニターを行いつつ、右室心尖部より期外刺激を行い心室性頻拍症を誘発した。誘発された頻拍症のレートは平均155/分(150165/分)で心電図では右脚グロック左軸偏位型QRSを示し、自然発作時の心電図波形と同一であった。この頻拍症中に左室心内膜カテーテルマッピングを行い、最早期興奮部位を同定し電極カテーテルをこの部位に留置した。全例で最早期興奮部位は左室側壁心尖部寄りに位置していた。頻拍症中に頻拍のレートより510拍/分速いレートで右室心尖部、右室流出路、左室最早期興奮部位より510秒間ペーシングを行い突然停止した。頻拍症が停止しなかった場合は更にペーシングレートを増加し繰り返した。右室心尖部および左室最早期興奮部位よりのペーシングは、ペーシングを洞調律時に行った時のQRS波形および心室内興奮伝播様式と全く同一であり、エントレインメントは示さなかった。一方右室流出路よりのペーシングでは心電図上constant fusionを認め、さらにペーシングレートの増加によりprogressive fusionが認められエントレインメントは明らかであった。

エントレインメント中の伝導時間を測定すると、ペーシング部位より右室心尖部までは平均80msecであったが左室最早期興奮部位までは平均408msecと著明に延長しており、本研究者が以前発表した心筋梗塞に合併した心室性頻拍症と同様に、遅い伝導部位を回路内に有するリエントリーが頻拍症の発症機序と考えられた。またベラパミルはこの遅い伝導を更に遅延させたことより、遅い伝導の機序としてCaチャンネル依存性の伝導が関与していると考えられた。左室起源の特発性心室性頻拍症がリエントリ-によること、そしてその回路内には遅延伝導部位が存在することを既に明らかにしたが、抗不整脈剤がリエントリ-回路にどのように作用するかについて検討した。通常の方法にて心室性頻拍症を誘発し、エントレインメント現象を確認しペ-シング部位より頻拍症の最早期興奮部位までの伝導時間および右室内伝導時間を測定した。最早期興奮部位までの伝導時間は417±21msecで、右室内伝導時間は80±10msecであり、前者に遅延伝導が存在すると考えられた。ベラパミル投与後、心室性頻拍症のレ-トは平均23拍/分減少したが、エントレインメント中に測定された伝導時間は最早期興奮部位までが498±45msecへと有意に延長したのに対し、右室内伝導時間は80±10msecと不定であった。すなわちベラパミルはリエントリ-回路内の遅延伝導部位に選択的に作用し、伝導時間を延長し、その結果頻拍症のレ-トが減少したことが示された。以上の抗不整脈剤の選択的作用が、器質的心症患を合併した心室性頻拍症においてもあてはまるかどうかを検討する目的で、陳旧性心筋梗塞後再発をくり返した心室頻拍症のエントレインメントを行い、同様の方法で遅延伝導に対するI群抗不整脈剤(プロカインアミド)の効果を検討した。その結果、プロカインアミドは右室内伝導時間を軽度延長したが、最早期興奮部位までの伝導時間を著明に延長し、用量依存性に局所性ブロックを来し、頻拍症を停止させた。特発性心室性頻拍症と同様に、抗不整脈剤がリエントリ-回路内の遅延伝導部位により強く作用することが示された。このことは抗不整脈剤の頻拍停止機序を示すものと考えられる
Scheimpflugの原理を応用した3次元的水晶体濃度分布解析

本研究の目的は、Scheimpflugの原理を応用し、360度混濁情報の解析と部位別の解析、視機能検査時の瞳孔径に近い領域の解析を行い、視機能との関係を調査した。結果、3次元的かつ部位別に水晶体混濁情報を取得することで、視機能の予測性が向上することを確認した。光学シミュレーションでは、水晶体の各部位での屈折率変化や散乱変化、透過率変化が網膜結像特性に及ぼす影響を確認できた。以上より、Scheimpflugの原理により白内障を3次元的に定量化することは、白内障の診断・進行確認検査としての有用性や治療・予防薬有効性の評価法、白内障進行予測モデルの作成にも応用可能と思われた。本研究目的は、水晶体混濁である白内障をScheimpflugの原理を応用することで、3次元に混濁情報の評価を行い、視機能との関性を明確化することである。本年度の目的は、解析ゾーンを細分化し、部位別の360度方向混濁情報を数値化し、再現性を確認することと、これらの瞳孔領に対応した部位の混濁情報から視機能との関係を明らかにすることであった。健常眼および白内障眼に対し、水晶体核にあたる中心部のみの濃度値(nuclear lens density)と奥行き情報を含む解析径1mm径と3mm径内における360度の平均濃度値(average lens density)、を解析し、視力との関係を調査した。その結果、回帰分析において各パラメータは矯正視力と有意な関係を示し、解析径3mmの方が高い決定係数が得られた。つまり、核だけでなく瞳孔径内で3次元的に解析した方が、視力の予測には有用ということを検証できた。次に部位別混濁情報評価と再現性の評価を行った。再現性の評価には、1回目と2回目計測の平均差とその一致限界から評価するBland-Altman plotを用い、領域ごとに解析した。その結果、水晶体核、皮質、嚢における再現性のデータが得られ、次年度以降に実施する研究に活用できる基礎データを得ることができた。次年度より、これらのデータを生かして3次元的に白内障眼の混濁の程度・部位に分類し、統計処理する。そして、視機能との関係の明確化を目指す。また、このような目的を達成する上で、光学シミュレーションと小数例における白内障眼の縦断研究を行うことが、望ましいと思われた。そこで、光学設計ソフトを用いて網膜像を推定できるようなヒト眼球モデルを作成した。また、有水晶体眼内レンズ挿入眼は、比較的白内障の進行が早い例もいることから、23年度は、これらの症例も対象として研究を行う予定である。本研究の目的は、Scheimpflug(シャインプルーク)の原理を応用し、(1)360度混濁情報の解析、(2)部位別(水晶体皮質や核など)の解析、(3)視機能検査時の瞳孔径に近い領域の濃度解析を行い、混濁情報と視機能との関係を調査した。本研究で行う視機能検査時の瞳孔径に近い領域の3次元的水晶体濃度分布解析は、再現性が向上し、視機能との関連性は高いと予想した。また、固体差や局所的な混濁の影響を調査するため、光学シミュレーションを行うことが、望ましいと思われた。そこで、光学設計ソフトを用いて網膜像を推定できるようなヒト眼球モデルを用いて、散乱特性を含む白内障の光学特性の評価を行った。さらに有水晶体眼内レンズ挿入眼は、比較的白内障の進行が早い例もいることから、これらの症例も対象として研究を行った。光学シミュレーションでは、水晶体の各部位での屈折率変化や散乱変化、透過率変化、瞳孔変化が網膜結像特性に及ぼす影響を確認できた。さらに有水晶体眼内レンズ挿入眼の白内障解析や原因解明を行うことができた。以上より、Scheimpflug(シャインプルーク)の原理により白内障を3次元的に定量化することは、白内障の診断・進行確認検査としての有用性や治療・予防薬有効性の評価法、白内障危険因子の解明につなげることができると思われる。さらに、本結果では、完全な解明には至らなかったが、視機能と白内障の関係の一部が明らかになり、また、白内障形成過程解明や白内障進行予測モデルの作成にも応用可能と思われた。
レドックス共役メタラサイクルの位置選択的合成と電子機能分子への変換

芳香性を有するπ共役メタラサイクルは、π共役導電性高分子などの電子機能物質のユニットとして注目される。完全に位置選択的なメタラサイクル形成反応の達成は、π共役長を制御する上で重要である。本研究では、ドナーおよびアクセプター分子を付加したアセチレン類からメタラサイクルを生成する反応を利用して、完全に位置選択的環形成を達成し、さらに高分子化によって、電子機能分子を合成することを目的とする。ここでは、コバルトとルテニウムを含むメタラサイクルに関し、以下の結果を得た。1)コバルタシクロペンタジエンの位置選択的合成種々のアセチレンの組合せを用いて、コバルタシクロペンタジエン環形成反応における位置選択性の立体効果と双極子効果との相乗作用による制御を検討した。その結果、アセチレン結合軸に対して垂直方向にかさ高い9-anthracenyl基を用いると、3,4-Ar_2のみを選択的に得ることができた。さらに、phenyl基よりも3次元的にかさ高い(2,3,5,6-tetramethyl)-1-phenyl基を用ることによって2,4-Ar_2のみが得られた。2)ルテナシクロペンタトリエン形成反応機構の解明と高分子錯体合成CpRuBr(cod)と2個のアセチレンによるルテナサイクル形成反応機構を調べたところ、2,5位に置換基がくる位置選択的な反応であること、生成したルテナシクロペンタトリエンと過剰なアセチレンとの2次反応が起ることがわかった。アセチレンが過剰にならない条件下では、ルテナサイクルが選択的に生成することから、溶解性を上げるためのヘキシルシクロペンタジエニル基を含む錯体とジアセチレンとの反応により、単一のルテナサイクル骨格をもつ高分子の合成に成功した。
スピン-ボソン系の動力学における反作用場の役割

環境系Bと相互作用している注目系Sの動力学を反作用場の役割に特別留意して研究している。研究の指針は相互作用の非断熱効果を反作用場の源とするということである。相互作用の断熱効果と非断熱効果を混ぜることなく固有値問題を再定式化し、繰込まれた物理的SとBを正確かつ明確に定めた。次いでこの物理的SとBの相互作用の非断熱効果による分極を波動関数による反作用場の表現と同定した。この考え方に立脚して、時間発展演算子および密度行列(統計演算子)を物理的SとBの自由発展部分と反作用場を荷負う部分に分解して再構成した。これらはいずれも正確な非摂動論である。これらを用いて動力学は実時間法および虚時間法の両方法によって一般論を展開した。この理論をスピン-ボソン系の量子力学に適用した結果は公表されている。動力学に適用して導いた基礎方程式の数値解析を現在進めている。スピン-ボソン系の量子力学を、本研究者の提唱する動的補償の概念に基づいて定式化した。動的補償の物理的起源は反作用場である。スピン-ボソン相互作用が、“赤外発散型"である時、本理論は今まで知られていなかった全く新しい物理を記述する。“赤外発散型"とは、相互作用強度の絶対値の自乗とボソン状態密度との積のエネルギー和が赤外寄与により発散するような相互作用のことである。この場合、臨界相互作用強度が存在し、臨界強度以下において局在状態と非局在状態を許すことを初めて示した。また、局在状態間に選択則が成立する。この結果も動的補償理論によって初めて得られたものである。今日汎用されている断熱繰込みによる標準処法はスピン-ボソン系に対して妥当な処法ではないこと、反作用場の動的効果を正当に考慮することが不可欠であることを示した。これらのことは、ボソン環境下の量子トンネル系に対してあてはまる。本理論においては、ボソン波動関数、全系の波動関数への反作用効果が原理的に区分出来るようになっている。しかしながら、それらは微視的完全情報であり、巨視的平均値の挙動の記述には詳細に過ぎる。平均値の動力学方程式の構成を進めている。中心課題は反作用場の寄与が作り出す特性時間の導出である。ボソン系が白色であるとし、絶対零度に限れば、反作用効果を取り入れた有効トンネル行列の逆数が唯一の特性時間である。観測問題は量子力学の基礎として近時再び活発に研究されている。観測問題の具体模型のひとつとして本研究に関心が持たれることもあり、研究の拡りを期待している。(1)スピン-ボソン系のマクロ動力学を記述するための集団演算子を5個に選んで理論を構成しつつある。この5個の演算子は一種の環を構成することに特徴がある。これらは遅い発展をする演算子である。速い自由度を消去して動力学方程式を得ることが出来るが、環が単純でないために生ずる諸問題の解決策を種々試みている。(2)スピン-ボソン相互作用の非白色性の反作用場のへの効果を白色極限からの展開によって調べている。数値計算による定量的検討に困難がある。(3)局在状態、非局在状態でそれぞれの場合に横バイアス場の効果を定式化し、固有値と固有関数の表式を与えた。数値的検討を進めているが、最も興味あると考えられるパラメータ領域で計算技術上の問題が未解決であるため、数値データが不十分であり、論文として発表するに到っていない。(1)環境Bと相互作用している系Sを考える。それぞれが受ける反作用場を相互作用の非断熱部分に起源を持つように定式化するひとつの処方を与えた。相互作用の断熱部分はユニタリー変換によって繰込む(消去する)。残りが非断熱部分である(と定義する)。非断熱部分の効果を完全に取り入れた変換によりシュレジンガー固有値問題を新しい固有値問題に転換し、その固有状態によって繰込まれたSとBを構成した。その固有値は元々の問題の固有値と同じである。相互作用の非断熱部分による繰込まれたSとBの分極が反作用場となる。(2)波動関数の時間発展演算子および密度行列(統計演算子)をこの新しい観点から再構成した。それぞれの演算子の繰込まれたSとBによる発展方程式が基礎方程式となる。(3)ハイゼンベルグ演算子を新しい観点から再構成した。

(4)任意の非平衡初期状態から平衡あるいは定常状態への接近過程の一般式を構成した。(5)動的線形応答関数を虚時間法によって再構成した。(6)スピン-ボソン系、近藤系、金属ガラス系等に対して一般論を適用し、反作用場の役割を解明しつつある。これらの系では相互作用に赤外発散があるので本理論の効能は顕著(動的補償)である。数値計算が未だ十分でないため成果発表に到っていない。一般論は成果報告書(冊子体)に詳しく解説した。
生合成系の代謝制御による物質生産への基礎研究

1)クズ培養細胞から、フラボノイド生合成の最初の鍵酵素であるカルコン合成酵素(CHS)のゲノム遺伝子のクローニングに成功した。一方、カルコン生合成においてCHSと協同的に働く還元酵素(CHR)については、サザン解析から、4つのクローンが存在することが判明し、ゲノム遺伝子クローニングを行い、3つの独立したクローン得た。それら塩基配列を決定したところ、CHRの3クローンは、2つのグループに分けられることが判明した。デオキシフラボノイド生合成において、CHSとCHRは協同的に働くことから、同一の制御を受けていると推測されるが、CHSとCHRの5'上流領域の間に相同性は見られなかった。2-ヒドロキシイソフラバノン脱水酵素については、酵素の完全精製に成功し、現在cDNAクローニングを行っている。2)クズ培養細胞のエリシターに対する応答を、化合物レベル(イソフラボノイドの生産)、酵素レベル(PAL、CHS、CHR)、遺伝子レベル(PAL、CHS、CHRのノーザン解析)で調べた。イ-ストエキス(YE)、ジャスモン酸(JA)、塩化銅(CuCl2)をクズ培養細胞に投与したところ、YE、JA、では非常に早い応答を示し、CuCl2では、比較的遅い応答を示した。これらの、違いは、各レベルで共通して見られた。3)アグロバクテリウム系のベクターを基本として、強い発現能を持つ植物由来のパーオキシダーゼプロモーターを持つベクターを構築し、昆虫の抗菌蛋白SarcotoxinのcDNAをタバコに導入し、形質転換再生植物を作製した。1)フラボノイド生合成の最初の鍵酵素であるカルコン合成酵素(CHS)のゲノム遺伝子を、クズからクローニングし、発現調節領域(5'上流領域)のシークエンスを行なったところ、既に報告されているインゲンのCHSと極めて高い相同性があることが判明した。一方、カルコン生合成においてCHSと協同的に働く還元酵素(CHR)については、サザン解析から、4つのクローンが存在することが判明した。ゲノム遺伝子クローニングを行い、3つの独立したクローン得た。2-ヒドロキシイソフラバノン脱水酵素については、_CDNAクローニング行うべく、酵素の完全精製を目指し進行中である。2)エンドウから精製した2,3-オキシドスクワレン:シクロアルテノール閉環酵素、2,3-オキシドスクワレン:β-アミリン閉環酵素遺伝子の_CDNAクローニングを行なった。シクロアルテノール閉環酵素については、全長のクローンを得ることができなかったが、β-アミリン閉環酵素については、全長のクローンを得、大腸菌での活性のある酵素蛋白の発現に成功した。現在、シクロアルテノール閉環酵素_CDNAの全長のクローンを得るためにクローニングを続行中である。3)アグロバクテリウム系のベクターを基本として、強い発現能を持つ植物由来のパーオキシダーゼプロモーターを持つベクターを構築し、昆虫の抗菌蛋白Sarcotoxinの_CDNAをタバコに導入し、形質転換再生植物を作製した。一方、カルコン生合成においてCHSと協同的に働く還元酵素(CHR)については、サザン解析から、4つのクローンが存在することが判明し、ゲノム遺伝子クローニングを行い、3つの独立したクローンを得た。

2-ヒドロキシイソフラバノン脱水酵素については、酵素の完全精製に成功し、現在cDNAクローニングを行っている。2)クズ培養細胞のエリシターに対する応答を、化合物レベル(イソフラボノイドの生産)、酵素レベル(PAL、CHS、CHR)、遺伝子レベル(PAL、CHS、CHRのノーザン解析)で調べた。イ-ストエキス(YE)、ジャスモン酸(JA)、塩化銅(CuCl2)をクズ培養細胞に投与したところ、YE、JA、では非常に早い応答を示し、CuCl2では、比較的遅い応答を示した。これらの、違いは、各レベルで共通して見られた。3)アグロバクテリウム系のベクターを基本として、強い発現能を持つ植物由来のパーオキシダーゼプロモーターを持つベクターを構築し、昆虫の抗菌蛋白SarcotoxinのcDNAをタバコに導入し、形質転換再生植物を作製した。
計算物理学的手法による低次元強相関電子系のスペクトロスコピーの研究

低次元強相関電子系の示す多彩な量子現象の理解を発展させるため、スピン・電荷・軌道・格子の自由度の励起ダイナミクスをとらえることができる各種スペクトロスコピーに着目して、それらのスペクトル構造の特徴を計算物理学手法(厳密対角化法や動的密度行列繰り込み群法等)を駆使して解明した。その結果、格子系と結合したモット絶縁体の光励起状態の緩和ダイナミクス・格子系と結合した低次元スピン系のスピン励起構造・遍歴反強磁性体や銅酸化物高温超伝導体の共鳴非弾性X線散乱スペクトル・二次元三角格子を有する有機物質に対する磁気ラマン散乱スペクトルなどのトピックスで成果を公表することができた。本研究の目的は、計算物理学手法を駆使して各種先端スペクトロスコピーが与える情報を解明することで、低次元強相関電子系の示す多彩な量子現象の理解を目指すことにある。1.格子系と結合したモット絶縁体の光励起状態の緩和ダイナミクスの解明:ハバード・ホルシュタイン模型の光励起後の系の状態の時間発展を計算し、励起直後の緩和に対する電荷・スピンの自由度と格子の自由度の相互関係について調べた。また、光吸収スペクトルの二つのエネルギー領域の形状を動的密度黒込み群法で調べ、それぞれの領域での電子間相互作用と電子・格子相互作用の効果、さらに実験との対比からSr_2CuO_3の物質パラメータを決定した。2.格子系と結合した低次元スピン系のスピン励起構造の解明:一次元J_1-J_2模型に格子変位によるJ1の変化を加えた模型を設定し、そのスピン励起構造の動的密度行列繰り込み群法による計算を開始した。実験グループとの意見交換も適宜行った。3.電荷秩序状態を示す系や不純物・界面を含む不均一系に対する共鳴非弾性X線散乱の理論構築と電荷励起の解明:二次元多軌道ハバード模型や電荷秩序を生じるポテンシャルを含んだ二次元単一軌道ハバード模型を設定し、共鳴非弾性X線散乱スペクトルの厳密対角化法による計算を進めた。また、遷移金属酸化物の不純物とその周りの母体の共鳴非弾性X線散乱スペクトルの実験結果を理論の立場から解釈した。4.新しい実験手法である時間分解角度分解光電子分光や時間分解ラマン散乱の理論構築と低次元強相関電子系の準粒子緩和プロセスの解明:ポンプ光照射後の角度分解光電子分光スペクトル、ラマン散乱スペクトルの時間依存性を厳密対角化法で計算するための手法の検討を行った。1.格子系と結合したモット絶縁体の光励起状態の緩和ダイナミクスの解明:以前8格子点で計算したハバード・ホルシュタイン模型の光励起後の系の状態の時間発展を12サイトまで拡張し、格子自由度への励起直後の緩和の重要性を指摘した。また、動的密度行列繰り込み群法を用いて空間反転対称性の破れた有機物質に対する二次非線形光学応答の計算に着手した。2.格子系と結合した低次元スピン系のスピン励起構造の解明:昨年度に引き続き、一次元J_1-J_2模型に格子変位(フォノン)を加えた模型を設定し、そのスピン励起構造を動的密度行列繰り込み群法を用いて調べるとともに、フォノンの分散関係に対する電子格子相互作用の効果を解明した。3.電荷秩序状態を示す系や不純物・界面を含む不均一系に対する共鳴非弾性X線散乱の理論構築と電荷励起の解明:不純物とその周りの母体の共鳴非弾性X線散乱スペクトルを計算することで、不純物系の電子状態を解明し実験との比較を行い、よい一致を得た。また、軌道自由度が重要である鉄化合物超伝導体の共鳴非弾性X線散乱の理論を乱雑位相近似の範囲で計算し、実験に対する提案を行った。4.時間分解角度分解光電子分光や時間分解ラマン散乱の理論構築と低次元強相関電子系の準粒子緩和プロセスの解明:昨年度に引き続き、ポンプ光照射後の角度分解光電子分光スペクトル、ラマン散乱スペクトルの時間依存性を厳密対角化法で計算するための手法の検討を行った。1.格子系と結合したモット絶縁体の光励起状態の緩和ダイナミクスの解明:拡張ハバード模型に二重パルスを照射した際の振る舞いについて、厳密対角化法で計算し、第一パルスによって励起された状態が第二パルスによって基底状態に近づくことを示した。論文として発表。動的密度行列繰り込み群法を用いて三次非線形光学応答の計算を行い、論文作成中である。

2.格子系と結合した低次元スピン系のスピン励起構造の解明:ダイマー化した一次元J1-J2模型のスピン励起構造に対する非磁性不純物の効果を動的密度行列繰り込み群法で調べ、実験との対比を行った。現在、論文作成中。3.不均一系に対する共鳴非弾性X線散乱の理論構築と電荷励起の解明:昨年に引き続き、二次元多軌道ハバード模型の不純物とその周りの母体の共鳴非弾性X線散乱スペクトルを厳密対角化法で計算して、不純物系の電子状態を明らかにした。また、均一系に対しては、銅酸化物高温超伝導体の銅L吸収端の共鳴非弾性X線散乱スペクトルをスタンフォード大学と共同で研究し、そのドーピング依存性の特徴を明らかにした。Nature Communications誌に掲載された。4.時間分解角度分解光電子分光や時間分解ラマン散乱の理論構築と低次元強相関電子系の準粒子緩和プロセスの解明:昨年度に引き続き、ポンプ光照射後の角度分解光電子分光スペクトル、光学伝導度等のさらにの時間依存性を厳密対角化法で計算するための手法の検討を行った。5.三角格子有機物質の磁気ラマン散乱スペクトル:昨年度実施した、二次元三角格子を有する有機物質に対する磁気ラマン散乱スペクトル計算を実験グループの結果と比較し、論文としてまとめた。現在印刷中。本研究の目的は、計算物理学手法を駆使して各種先端スペクトロスコピーが与える情報を解明することで、低次元強相関電子系の示す多彩な量子現象の理解を目指すことにある。1.格子系と結合したモット絶縁体の光励起状態の緩和ダイナミクスの解明:拡張ハバード模型の光励起後の系の状態の時間発展を動的密度行列繰り込み群法や厳密対角化法で計算し、光で誘起される電荷密度変調の起源について明らかにした。また、動的密度行列繰り込み群法を用いて三次非線形光学応答の計算に着手した。2.格子系と結合した低次元スピン系のスピン励起構造の解明:一次元J1-J2模型にフォノンによるJ1の変化を加えた模型を設定し、そのスピン励起構造に対する非磁性不純物の効果を動的密度行列繰り込み群法用いて調べ、スピンギャップ構造が不純物によって変化する様子を明らかにした。3.不均一系に対する共鳴非弾性X線散乱の理論構築と電荷励起の解明:二次元多軌道ハバード模型を設定し、不純物とその周りの母体の共鳴非弾性X線散乱スペクトルを厳密対角化法で計算して、不純物系の電子状態を明らかにした。また、鉄化合物超伝導体や反強磁性金属であるクロムの共鳴非弾性X線散乱の理論を乱雑位相近似の範囲で計算し、実験に対する提案を行った。4.時間分解角度分解光電子分光や時間分解ラマン散乱の理論構築と低次元強相関電子系の準粒子緩和プロセスの解明:昨年度に引き続き、ポンプ光照射後の角度分解光電子分光スペクトル、ラマン散乱スペクトルさらに光学伝導度の時間依存性を厳密対角化法で計算するための手法の検討を行った。5.三角格子有機物質の磁気ラマン散乱スペクトル:二次元三角格子を有する有機物質に対する磁気ラマン散乱スペクトルを、4スピン相互作用まで考慮した二次元三角格子ハイゼンベルグ模型に対して計算した。未公表の実験データと良い一致を示している結果を得ている。4つの課題のうち、課題13に関しては順調に進展している。課題4に関しては、計算のための理論構築に対する困難が克服されていない。
光駆動型有機・無機ハイブリッドナノ空間を用いたバイオリアクターの創製

光応答性ユニットとしてアゾベンゼンを有する脂質分子の単層単分子膜構造から成るナノチューブに酵素を安定に貯蔵することが出来た。ナノチューブの両端を磁性ナノ粒子でキャッピングすることで、酵素の流出防止だけでなく、酵素触媒反応後のナノチューブの磁気分離回収が可能であった。紫外光照射によるアゾベンゼンユニットのトランス→シス構造異性化は、ヘリカルナノコイルへの形態変化を誘起し、基質の取り込みを促進、触媒反応をONとした。続く可視光照射によるアゾベンゼンユニットのシス→トランス構造異性化は、ナノチューブへと形態が戻り、触媒反応がOFFとなった。光刺激により制御可能な酵素リアクターの開発に成功した。エチレンジアミンの両端にそれぞれ光応答性部位としてアゾベンゼンカルボン酸、水素結合部位としてジグリシンまたはトリグリシンを導入した両親媒性分子1と2を設計・合成し、pH 510に調整した水中にて加熱分散後、室温まで徐冷し、自己組織化を行った。自己組織化形態はpH、即ちグリシンアミノ基のプロトン化状態に依存し、1はpH 7.4で内径7 nmのナノチューブ1を、2はpH6.4で内径13 nmのナノチューブ2を選択的に形成した。分子パッキング解析より、ナノチューブは1または2の二分子膜構造から成ることが分かった。ナノチューブに紫外光を照射したところ、アゾベンゼン部位のトランス→シス構造異性化が観察された。そこに可視光を照射すると完全にトランス体に戻り、二分子膜が結晶固体状態にあっても光構造異性化は可逆的に進行することが明らかとなった。ナノチューブ1は紫外光照射後、内径サイズが不均一なトロイド状ナノ構造体へと変化した。続く可視光照射により、トロイド状ナノ構造体は内径25 nmのナノリング、そしてそれが積層した内径25 nmのナノチューブへと変化した。一方ナノチューブ2は、光構造異性化による形態変化を全く示さなかった。2のトリグリシン部位が形成するポリグリシンII型と呼ばれる分子間水素結合ネットワークが、光構造異性化による分子パッキング変化、及び形態変化を抑制していることが分かった。ナノチューブにカプセル化した酵素は束縛効果により化学的・熱的安定性が増加する一方、酵素反応はナノチャンネルへの基質の拡散が遅くなることに起因し、反応速度が減少した。これに対し、上記トロイド状ナノ構造体やナノリングにカプセル化した酵素は、化学的安定性が増加するだけでなく、酵素反応速度もバルク系と同程度であった。トロイド状構造体やナノリングといった形態が、酵素リアクターの「場」として好適であるとの指標を得た。光応答性ユニットである4-アミノ-4'-カルボキシル-アゾベンゼンの両端にそれぞれ水素結合ユニットとしてオリゴグリシン残基、水素結合ユニット及び疎水性相互作用ユニットとして末端にアミノ基を有する糖脂質をアミド結合により導入した。得られた両親媒性分子をpH 510に調整した水中へ加熱分散後、室温まで徐冷することで自己組織化を行った。自己組織化体の形態は、pH、即ち両親媒性分子の末端オリゴグリシンアミノ基のプロトン化状態に依存し、中性付近で内径10 nm、膜厚3 nmのナノチューブを形成した。分光測定より、ナノチューブは両親媒性分子が平行パッキングした単層単分子膜構造から成ることが分かった。そこに可視光を照射すると完全にトランス体に戻った。ナノチューブは紫外光照射後、その内径サイズ、膜厚を維持しつつヘリカルナノコイルへと形態変化した。続く可視光照射により、ヘリカルナノコイルは元のナノチューブへと戻った。ナノチューブを構成する単分子膜は結晶固体状態であるが、光構造異性化及びそれに伴う形態変化は可逆的に進行することが明らかとなった。ナノチューブにカプセル化した酵素は、そのナノ空間における束縛効果により熱安定性が著しく増大すること、酵素反応の速度はバルク中のそれと比較し減少することを見出した。環境応答蛍光プローブを用いてナノ空間内の水の物性を調べたところ、バルク水と比較し、高粘性・低極性であることを突き止めた。このような水の物性が、ナノ空間における基質の拡散を抑制していることが推察された。一方、光照射によりナノチューブをナノコイルへと形態変化させると、ナノ空間への基質の進入も容易となり、酵素反応の速度もバルク系と同程度であった。光刺激により、カプセル化酵素の反応速度制御が可能となった。平成2627年度研究計画に記載した研究項目<光駆動性有機ナノチューブの構築>及び<ナノチャンネル内の溶媒の物性解析>について、上記研究実績の概要のような成果を得ているため。光応答性ユニットとしてアゾベンゼンを含有するペプチド・糖脂質分子を水中で自発的に組織化し、有機ナノチューブを選択的に調製することができた。凍結乾燥した有機ナノチューブに酵素を添加したところ、毛細管力により、有機ナノチューブ内空間に酵素が効率的に包接された。酵素を包接した有機ナノチューブの分散水溶液と表面に親水基と疎水基を併せ持つ磁性ナノ粒子の分散水溶液を混合した結果、有機ナノチューブの両端を磁性ナノ粒子でキャッピングすることに成功した。