hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無機ナノ微粒子の光誘起モフォロジー変化を用いたホログラフィック記録

ナノ微粒子をフォトポリマーに分散させ、それを光重合時に光強度分布に応じて移動させることでフォトポリマー有機化合物との間で非常に大きな屈折率差を生み出すことで多機能性ホログラフィック記録材料を実現することを本研究の目的とした。以下に研究実績の概要について列記する。1.ホログラフィック露光によるモノマーの拡散に伴いナノ微粒子が逆方向に拡散する相互拡散過程がホログラム記録形成の主な機構として働いていることを種々の物理的測定(透過型電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザー、光学的なホログラムの位相差測定)から実験的に立証した。2.相互拡散モデルに基づくモノマー/ポリマー/ナノ微粒子の光重合に伴う動力学とホログラム形成についての理論を相互拡散モデルに基づいて定式化し、ホログラム形成の動特性が光強度に強く依存することや最大の屈折率変化を与えるナノ微粒子最適濃度が存在することを見出した。さらに、実験によりこれらの理論的予想を実証した。3.ラジカル重合モノマーおよびカチオン重合モノマーを用いた有機ナノ微粒子(ハイパーブランチポリマー)分散フォトポリマーによるホログラフィック記録を実証するとともに、屈折率変調ならびに記録感度とホログラフィック露光に伴う重合収縮がナノ微粒子分散濃度の増加とともに大幅に改善されることを明らかにした。無機ナノ微粒子をフォトポリマーに分散させ、それを光重合時に光強度分布に応じて移動させることでフォトポリマー有機化合物との間で非常に大きな屈折率差を生み出し、加えて、光非線形の大きな半導体ナノ微粒子や磁気分極が増強される磁性ナノ微粒子を用いることでホログラフィック記録材料にこれまでになかった多機能性を持たせることを本研究の目的とする。以下に本年度の研究成果について列記する。1.シリカナノ微粒子分散フォトポリマーの回折特性について詳細に究明し、ナノ微粒子の粒径を10nmまで小さくすることで記録媒体中でのレイリー散乱を大幅に抑圧させ、その結果、正味の回折効率をほぼ100%にまで向上させることに成功した。2.ホログラフィック露光によるモノマーの拡散に伴いナノ微粒子が逆方向に拡散する相互拡散過程がホログラム記録形成の機構として働いていることを透過電子顕微鏡像および光学的なホログラムの位相差測定から実験的に立証した。3.相互拡散モデルに基づくモノマー/ポリマー/ナノ微粒子の光重合に伴う動力学とホログラム形成についての理論を構築し、ホログラム形成の動特性が光強度に強く依存することや最大の屈折率変化を与えるナノ微粒子最適濃度が存在することを見出した。さらに、実験により上記理論的予想を実証した。4.有機ナノ微粒子(ハイパーブランチポリマー)分散フォトポリマーによるホログラフィック記録を実証した。
浮遊火山灰の粒径情報遠隔測定を可能にする新しいレーザ計測装置

火山噴火により噴出し広範囲に拡散された浮遊火山灰は、日常生活や経済活動に大きな影響を及ぼす。この影響を最小限に抑えるためには、迅速で正確な浮遊火山灰の拡散予測が有効であるが、その実現のためには定量的な浮遊火山灰の初期情報が必要である。しかし現状の観測は地上での降灰サンプリング等に限られており、リアルタイムでこれを得ることは困難である。本研究では、サンプリング観測の代わりにパルスレーザを用いることにより、浮遊火山灰の粒径情報と密度情報をリアルタイムで遠隔から測定する装置の開発を目的としている。得られた情報は衛星やレーダ観測等噴煙拡散情報と組み合わせることによって、正確な拡散予報への利用が期待できる。実際の浮遊火山灰の観測は火山が噴火した状況でないと出来ないので、初年度はシミュレーション、室内実験並びに装置の開発を行った。シミュレーションより、測定可能な粒径範囲は浮遊火山灰の質量密度と観測体積に依存するが、桜島の噴煙を想定した場合粒径200600μmの粒子が2km遠方より観測可能であることがわかった。また、室内粒子計測実験装置を製作し、実際の火山灰並びにサンプル粒子を用いて散乱信号強度を測定し、粒径との相関を確認した。更にこれらの結果を踏まえて、ファイバーレーザを光源としたポータブルレーザ計測装置を設計・製作した。今後信号処理システムを開発し、桜島等火山噴火が予想されるフィールドにおける観測を試みる。シミュレーション、室内実験による原理確認が済み、装置のハードウェアは概ね完成しており、研究は順調に推移している。信号処理システム並びにソフトウェアの設計・開発を引き続き進め、屋外での試験観測を行い、更に条件が整い次第、桜島などの実際の噴煙でフィールド実験を試みる。得られた結果をとりまとめ、成果の発表を行う。レーザ計測装置のハードウェアの製作は概ね順調に進んだが、信号処理システム並びにソフトウェアの設計・開発が年度内に終わらず、屋外での試験観測も出来なかったため、物品費・旅費・人件費を次年度に繰り越した。繰り越し分については、年度前半にレーザ計測装置の信号処理部を完成させ、試験観測を行うために使用する計画である。
非平衡ゆらぎから自律運動へのモード分岐：散逸系の新シナリオ

非平衡定常条件下での自律運動についての、実験的研究を系統的にすすめ、数理物理的なモデル構築を行った。1)液滴が、化学的非平衡条件下、2次元的なパーリング現象を引き起こし、さらに、規則的なhexagonalパターンに配列することを、実験的に見出した。2)水面上に静置したcmサイズの油滴にレーザー照射することにより、特徴的な並進や回転運動が生じることを見出した。3)油層中にミクロ電極を対向させ定常的な直流電圧を印加したときの、ミクロ水滴の自発運動を実験的に追究した非平衡定常条件下での自律運動についての、実験的研究を系統的にすすめ、数理物理的なモデルの構築をめざして研究を進めた。1)運動タンパクの集団が示すマクロな自律運動と、化学的不安定性による実空間モデリング:本年度は、化学的マランゴニ効果によるcmサイズの物体の自律運動に関しての実験的研究が進展している。特に液滴が、化学的非平衡条件下、2次元的なパーリング現象を引き起こし、それが、自律的に規則的なhexagonalパターンに配列するようになることを、実験的に見出した。これに関しては、現在論文の執筆中である。2)光照射によるcm物体の並進・回転運動:この課題は、本年度飛躍的に研究が進展した。具体的には、水面上に静置したcmサイズの油滴の、レーザー照射による運動の制御の研究であり、界面活性剤の有無により、正の走光性と負の走光性に運動のモードがスイッチすることをみいだした。これについては、すでにPhys.Rev.E誌に論文を発表済みとなっている。3)直流電場での実空間limit cycle運動:この課題に関しても大きな進展がみられた。具体的には、油層中にミクロ電極を対向させ定常的な直流電圧を印加したときの、ミクロ水滴の自発運動を実験的に追究した。電極間隔が、10mm程度になると、ボルトのオーダーの電位の印加で、自律的な往復運動を引き起こすことが可能となることを見出している。さらに、印加している直流電圧にノイズの成分を加えると、液滴に往復運動の安定性が顕著に増大することも明らかにした。実験の傾向は、本質を捉えた、簡単な非線形微分方程式系で理論的に再現ことが可能であることも示した。この成果は、すでに、Phys.Rev.E誌に発表済みである。非平衡定常条件下での自律運動についての、実験的研究を系統的にすすめ、数理物理的なモデルの構築をめざして研究を進めた。26年度には、光照射によるcm物体の並進・回転運動について成果があったが、本年度はレーザー光を一定の位置で照射した条件下、cmサイズ油滴が、自発的な運動を示すことに注目して研究を進めた。その結果、液滴が、光強度に応じて順に、静止、ランダム、往復、回転、と運動モードを変化することを見出した。この結果は、非平衡開放条件下での自発的な対称性の破れにその本質があると考え、その運動モード分岐について現象論的な微分方程式を導出することにより、半定量的に実験結果を再現することに成功している。具体的には、界面で移流拡散する高温部分に対応した表面張力の空間勾配とマランゴニ流が、対称性の破れにどのように関与するのかといった点に考慮した理論となっている。本研究成果は、本年度、Journal of Chemical Physics誌に発表済みとなっている。更に関連した研究成果としては、熱ゆらぎによって引き起こされる細胞内の小器官や顆粒の特異的な分布について、簡単なモデルを提案し、理論的な考察をすすめた。その結果、混雑環境下のもと、膜の弾性の変化により、小胞の内表面と内部とのあいだで、粒径サイズの分布の反転が生じることを見出している。この成果は、本年度の、Journal of Chemical Physics誌に発表済みとなっている。最終年度はでの特筆すべき成果としては、水面上にフッ素系の油を展開したときに、自発運動を伴って生じる、時空間秩序構造に関する研究が挙げられる。弱揮発性のperfluorooctyl bromide (PFOB)を水面に滴下すると、水面上で薄膜を形成し、水面に対してPFOBが濡れた(wet)状態になる。徐々にPFOBが蒸発すると、突然薄膜上に空孔(hole)が現れ、その周りに液滴が自発的に配列する(pearling)する。空孔の成長に伴い、次の段階では、放射状に小滴群が1次元配列パターンを形成する。その後、この小滴群は全体として膨張・収縮を繰り返し、2次元のハチの巣構造(hexagonal)を形成するといった、時間発展が起こる。このような自発的な秩序と液滴の集団運動に関して、理論的な考察を行い、濡れ転移の非線形性を考慮することにより、このような規則構造の現れる機構を説明した。ここで、濡れ転移が、基本的には双安定性を示す現象であり、その速度過程は薄膜の厚みdの3次の非線形項で表されることが、理論モデルの骨格となっている。今回見出された現象は、生物の集団運動など、自然界にみられる非平衡開放条件に起因する時空間の自己秩序形成のメカニズムを理解するためのよいモデル系になると期待される。なお、本研究は、2015年度のNature Communications誌に掲載されている。研究期間全体を通しての成果としては、非平衡定常条件下での自律運動についての、実験的研究では、画期的な発見がなされてきている。例えば、上記の系以外にも、光照射により、cmサイズの物体の並進・回転運動を引き起こすことが可能であることを見出している。

この研究は年度内に更に進展し、cmサイズの液滴が、レーザー強度の増大に伴い、静止・ランダム・往復・回転の運動のモード分岐を示すことも報告することができている。また、これらの自律運動に関しての理論的研究も大きく発展した。非平衡定常条件下での自律運動についての、実験的研究を系統的にすすめ、数理物理的なモデル構築を行った。1)液滴が、化学的非平衡条件下、2次元的なパーリング現象を引き起こし、さらに、規則的なhexagonalパターンに配列することを、実験的に見出した。2)水面上に静置したcmサイズの油滴にレーザー照射することにより、特徴的な並進や回転運動が生じることを見出した。3)油層中にミクロ電極を対向させ定常的な直流電圧を印加したときの、ミクロ水滴の自発運動を実験的に追究した光照射によるマクロスケールの自律運動について、25年度には、界面活性剤の有無に依存して、正の走光性と負の走光性の間でスイッチグふることが可能であることを見出している。本年度には、化学的な組成を変化させることなく、同一のcmサイズの液滴に対して、光強度に依存して、二段階のモード転移をともなう規則運動を実現することに成功した。国際的にみて、類似の研究発表は皆無であり、極めて独創性の高い研究となっている。」非平衡物理、非線形科学当初の研究計画の主要3課題の研究を更に大きく発展させる。1)運動タンパクの集団が示すマクロな自律運動と、化学的不安定性による実空間モデリング、2)光照射によるcm物体の並進・回転運動、3)直流電場での実空間limit cycle運動、この3課題である。研究成果に述べたように、研究全体が順調に進展し、かつ、当初の想定を上回る成果が得られてきている。さらに、細胞サイズの空間内でのゆらぎによるミクロ相分離の理論モデル(J.Chem.Phys.に発表済み)、AgのナノパーティクルをDNAに結合させ、プラズモン共鳴により流れ場でのゲノムDNAのゆらぎ運動の可視化と定量化の研究(Nano Lett.に発表済み)、など、当初の予定を上まわる成果を発表することができている。当初の研究計画の主要3課題の研究を更に発展させる。
細胞外マトリックスを介した眼科疾患メカニズムの解明と失明予防法の研究

実験的加齢黄斑変性モデルをマウスで確立し、細胞外マトリックスを制御するペリオスチンmRNA発現についてPolymerase chain reaction法を用いて検討した。加齢黄斑変性の発生とともにペリオスチンの発現は緩やかに上昇し、急性期に上昇する対照腫瘍壊死因子アルファのmRNAの発現パターンと異なった。このことから、ペリオスチンは加齢黄斑変性の発生に従い、特異的に上昇すると考えられ、この発現を阻止することで、失明につながる本疾病の予防を行える可能性がある。野生型マウスを全身麻酔の上、レーザー照射にて脈絡膜新生血管(CNV)を発生する、病的モデルの作成に成功した。レーザーの後、時期を変化させたうえで、脈絡膜のペリオスチン濃度をバリアント別にPCR法にて測定した。PCR法は、温度や時間、各バリアントに対するプライマの設定を予備実験として行い、ペリオスチン1から4までの各バリアントを個別に測定できる系を確立した。レーザー後3日目以降、全てのペリオスチンvariantで、発現の上昇を認めた。また、バリアント毎の上昇の程度を比較した場合、ペリオスチン4が最も多く、次にペリオスチン1と3がほぼ同程度、ペリオスチン2は少量の増加であった。一方、レーザーの程度とペリオスチン発現上昇の関係を、レーザー1眼あたり10発と20発で検討した。この場合は、20発施行した群のほうが、ペリオスチン濃度の上昇がおおきかった。人サンプルについては、順調に回収に成功しており今後、前房水におけるペリオスチン濃度と採取した結膜テノンにおける線維芽細胞に対してPCRを行い、RNAの発現量を検討する予定である。生後8週のマウス(C57BL6)にレーザーで、実験的脈絡膜新生血管(CNV)を誘導し、0,1,3,5,7日目の眼球を摘出し、網膜と脈絡膜に分離し、ペリオスチンとTumor necrotic factor (TNF-) αをのmRNAレベルを検討するためにPolymerase Chain Reaction (PCR)を施行した。その結果、TNFαはday 1で網膜、脈絡膜ともに高値を認め、炎症反応を確認し、これは既知の実験結果と矛盾しなかった。ペリオスチンは網膜ではday0から7までほぼ変わらなかったが、脈絡膜においてはday3より上昇を認めday7まで上昇を続けた。このようにペリオスチンは、実験的CNVの誘導により、脈絡膜において特異的にペリオスチンmRNAの発現の上昇が見られる。次にペリオスチンの各バリアント毎にPCRを行った。すなわち前回と同様の施術により、実験的CNVを誘導し、マウスの脈絡膜サンプルからペリオスチン14のバリアント別にPCRを施行した。サンプルはCNV誘導後、0,1,3,5,7, 14, 21, 28日目に摘出し、ペリオスチン各バリアントのmRNAにおける経時的な変化を観察することを試みた。その結果、ペリオスチンバリアント1と3は、14日目にまで、順次増加し、ピークを迎え、そこから減少してゆくことを確認した。ペリオスチンバリアント2と4のmRNAレベルは、施術後急激に増加して、3日目にピークを迎え、そこから漸減した。また倍量のレーザーをしたものはバリアントによって多少の差はあるが、約2倍のmRNAを発現した。このようにペリオスチンの発現パターンはバリアントにより異なる。これらの結果から、実験的CNVにおいて、ペリオスチンはその発症に関連しておりかつ、その役割はバリアントによって異なるものと推察された。本年度はまず、本研究の導入として、ぺリオスチンの疾病眼との関連を検討した。焼死体手術もしくは白内障手術時に採取した前房水もしくは硝子体液を、ぺリオスチン特異的な抗体を用いて、その濃度を検討した。その結果、黄斑前膜、黄斑円孔などの比較的軽度な網膜硝子体疾患や眼底正常例では、ほとんどぺリオスチン濃度の上昇は見られないものの、網膜剥離や糖尿病網膜症においては、濃度の上昇がみられた。これはひとえに、糖尿病による、血液網膜柵の破綻が考えられ、また同時に、高血糖による、眼球組織内の細胞外マトリックスのリモデリングが、異常をきたしていることが考えられた。実際、糖尿病網膜症では、眼内新生血管が生じると同時に、硝子体手術においても、線維血管増殖膜の増生や、網膜前膜の再増殖作用が指摘されている。これはおそらく、このようなぺリオスチンの産生異常による細胞マトリックス環境の変化が影響しているものだと考えることができる。また、動物実験に関しては、ぺリオスチンノックアウトマウスならびに正常マウスを用いて、レーザーによる実験的CNV作成を準備中である。倫理委員会によるマウス使用の許可ならびに、動物実験施設における許可を獲得し、現在、マウスにおけるレーザー照射とその評価法の訓練を行っているところである。こちらの研究も、2、3か月という近いうちに本格稼働に入れるものと考えている。このように本実験に関しては、準備期間を終了し、万全の体制が整いつつある。

2年目は実験を本格的に稼働させ、実際の生体におけるぺリオスチン濃度の測定や、疾患との関連を検討する予定である。現在のところ、予定していた脈絡膜新生血管モデルの作成に成功し、ある程度の試行錯誤が予測されたPCR法の設定も終了した。こうして得られた系で、ペリオスチンmRNAの上昇も確認した。これらは今後、本研究を遂行する上で、十分な予備実験が終了し、本実験に移行することが可能であることを示唆するものである。レーザーにおける適正数もある程度明らかになってきた。もっとも困難と考えられていた動物モデルの確立が成功したこと、バリアント別のPCR法も十分機能的に作動していることから、現時点では、十分に稼働していると考えられ、計画の速度も特に問題があるとは考えられない。また、本年度はいよいよヒトにおける眼前房水ならびに結膜でのペリオスチン発現量の検討を行う予定であるが、サンプルも順調に回収しつつあり、検討を行うに十分な症例数を集められる見込みである。本年は、ELISA法の細部設定などの予備実験が残っているが、これについては、短期間に調整可能と考えている。人サンプルを用いたぺリオスチン濃度を測定するELISAに関しては、再現性を高めることや、設定の問題があり、思うように測定の設定が迅速に整えることができなかった。また、前房水や硝子体液は、非常に少量であり、希釈して測定を試みたりなど、実際の眼内サンプルを用いたアッセイ法の設定に、思ったよりも時間を要した。また、眼内組織からのmRNAを用いたRT-PCRでは、少量サンプルからのmRNAの抽出が困難で、サンプルの保存法や、抽出のノウハウの確立に思ったよりも時間を要している。しかしながら、すでに十数例のELISAは定量し、上記のような結果を得ている。動物実験に関しては、準備に多少の時間がかかることは予想しており、1年目は準備期間となることは想定内である。本年度は、確立した動物もモデルを用い、野生型とペリオスチンKOマウスにおけるCNVの形成の程度について検討する。また、この実験でペリオスチンKOマウスにおけるCNVの抑制が見られた場合、可能であれば、抗ペリオスチン抗体による実験的CNV抑制を試みる予定である。さらに、谷山研究室の助力を乞い、人眼におけるペリオスチン濃度の測定ならびに発現量の検討に踏み切る予定である。研究目的に記載したように、ヒトサンプルからのぺリオスチン濃度測定は、予定通り実施予定であり、動物実験もすでにマウスの手配、および実験準備が整いつつあるため、環境が整い次第検討に入る予定である。次年度においては、本年度に行った実験的CNV作成の確認と、網脈絡膜におけるペリオスチン発現を時系列でさらに詳細に検討する予定である。また、ペリオスチンKOマウスに対するレーザー誘導CNVも行う予定であるため、これら動物購入費、飼育代が必要である。またPCRやELISA法施行に伴う試薬代なども必要となる。さらに、CNVの領域は近年治療方法、特に新しい薬剤治療法の開発競争が著しい。情報収集のためには、学会への参加も必要であり、その旅費も必要となる。
圧可変容量コンデンサーによるLC回路共振原理を利用した生体内圧測定装置の開発

イヌを対象とした動物実験により生体内内圧測定について基礎的な検討を行った。麻酔下の状態で開腹し,膀胱頂部からカーボンファイバーフェルト圧素子を膀胱内に挿入し,ブリッジ回路を経て,イヌの体外に置いたテレメータシステム送信機に連結し,そのテレメータシステム送信機からさらにテレメータシステム受信機に圧信号をケーブルによる連結をしない状態で送信することにより,イヌと記録器械との連結をしない状態で膀胱内圧を測定した。同時に尿道内から圧測定用カテーテルを膀胱内に留置し,トランスデューサーおよび記録器械に連結し,記録器械に拘束する通常の方法でも膀胱内圧を測定した。生理的食塩水を逆行性に膀胱内に注入し蓄尿時,膀胱内圧上昇時および排尿時におけるカーボンファイバーフェルト圧素子およびテレメータシステムによる測定と通常の方法である圧測定用カテーテルによる測定とを比較することにより測定システムの実用性を評価した。その結果,両者の測定値は蓄尿時においてほとんど同じ値であった。また,膀胱内圧上昇時および排尿時における律動的な膀胱内圧の変動がいずれの測定法によっても,明瞭に捉えられた。今後,カーボンファイバーフェルト圧素子はカテーテルに取り付けるなど,その形状をさまざまに加工することができる点で応用が可能であり,テレメータシステムも一層の小型化が可能である。カーボンファイバーフェルト圧素子およびテレメータシステムによる被験者を記録器械に拘束せずに,膀胱内圧を測定する手法は,より生理的な膀胱機能を把握する上で,臨床的に意義の高いものになることが期待される。平成9年度は1)圧可変容量コンデンサーによる圧力測定システムの構築,2)圧力センサーの開発,3)生体内圧測定装置に関する基礎的な臨床検討を計画した。1)圧可変容量コンデンサーによる圧力測定システムは信号発生部,同期パルス発生部,測定制御アンテナ部,測定部より構築されるが,センサー(LC共振回路)に対する送信,受信が円滑に行われていない状態である。また,信号発生部より発生したアナログ信号を同期パルス発生部にて位相を同期させたのちカウンタにて分用し測定制御部へと制御信号を送り,送信と受信とを間欠的に制御する必要があるが,位相の同期が完全にとれていない。さらに,測定制御アンテナ部の開発はセンサーの信号強度が不明であるために試行錯誤が必要不可欠であり多くの課題があることが予想されたが,予想通りで現段階では困難をきわめている。2)圧力センサーの開発については,1)圧可変容量コンデンサーによる圧力測定システムの構築が遅れているために,容量が圧力に依存するコンデンサーを製作したが,このコンデンサーの性能に関する評価はできていない段階である。3)生体内圧測定装置に関する基礎的な臨床検討としては,通常行われている患者の体外から膀胱に圧測定のためにカテーテルを挿入し,トランスデューサー,記録器械に連結し,患者を器械に拘束する手法と異なるトランスデューサーと記録器械との間の連結を切り,患者が測定中に自由に歩き回ることができる手法であるambulatory monitoringを行ってみた。その結果,患者を器械に拘束する必要がないambulatory monitoringは利点が多いと考えられ,生理的な膀胱機能を把握することができるものと思われた。信号発生部,同期パルス発生部,測定制御アンテナ部,測定部より構築される圧可変容量コンデンサーによる生体内圧測定装置の完成は同期パルス発生部と測定制御アンテナ部との送信と受信が円滑に行われていない状態であり,計画どうりに進んでいない。したがって,圧可変容量コンデンサーによる生体内圧測定装置を用いたイヌを対象とした動物実験を行うことはできなかった。そこで,生体内圧測定装置による膀胱内圧測定法に関する基礎的な臨床検討に取り組んできた。具体的には、尿失禁を有する入院患者を対象として,通常の膀胱内圧測定法である被検者の体外から膀胱内に挿入したカテーテルを,トランスデューサーおよび記録器械に連結し,被検者を器械に拘束する従来の手法と,被検者が記録器械に拘束されることなく,膀胱内圧測定中に自由に歩き回ることもできる手法であるambulatorymonitoringとで比較を行った。その結果,従来の手法では検査時に尿失禁の原因となっていると思われる不随意性膀胱収縮を把握できない場合があったが,夜間帯に病室で実施したambulatory monitoringでは尿失禁の原因となっていると思われる不随意性膀胱収縮を明らかに把握できた場合があった。被検者を器械に拘束する必要がないambulatory monitoringは被検者の普段の膀胱機能を再現しやすいものと思われ,従来の手法と比べて生理的な状態を把握することによる利点は臨床上意義の高いものと考えられた。

その結果,両者の測定値は蓄尿時においてほとんど同じ値であった。また,膀胱内圧上昇時および排尿時における律動的な膀胱内圧の変動がいずれの測定法によっても,明瞭に捉えられた。今後,カーボンファイバーフェルト圧素子はカテーテルに取り付けるなど,その形状をさまざまに加工することができる点で応用が可能であり,テレメータシステムも一層の小型化が可能である。カーボンファイバーフェルト圧素子およびテレメータシステムによる被験者を記録器械に拘束せずに,膀胱内圧を測定する手法は,より生理的な膀胱機能を把握する上で,臨床的に意義の高いものになることが期待される。
イスラム社会における女性の身体活動の特質に関する国際比較研究

今年度に実施した研究業績、及び、研究によって得られた知見は以下のとおりである。1.アラブ諸国のうち、シリアとヨルダンを取り上げ、両国における身体教育の社会的・教育的位置づけを検討し、その特質性を導出しようとした。シリアとヨルダンを特に彫りさげた理由は、両国の地理的、経済的状況は類似しているが、旧宗主国、政治・宗教色などが異なり、これらの国々を検討することで、アラブ諸国の身体教育の普遍性や特殊性を導出することに繋がると考えたためである。調査の結果、両国の政治的背景の相違による身体教育システムの異同がみられた。両国とも身体教育システムの中で「アラブ社会の一員」としての人間形成が強く意識されており、「社会的統制としての機能」が身体教育に期待されていることが見受けられ、その傾向はシリアの方に強くみられる。またヨルダンではアラブ人としての人間育成に加え「イスラム人」としての人間育成も重視されている傾向がみられる。ヨルダンにおいては「社会的統制の機能」に加え、「教養の機能」への期待も身体教育システムの中に見出すことができた。これらの研究結果については中国四国教育学会第56回大会において発表を行った。2.これまでに収集したイスラム圏の身体教育の事情を整理しつつ、イスラムの女性スポーツ教育関係の資料収集を行い、それらの情報の翻訳及び分析を実施した。調査対象国は、エジプト、シリア、テュニジア、モロッコ、ヨルダンとした。これらの国々の経済的事情はそれほどの大きな格差がある状態ではないが、女性のスポーツの社会的位置付けは各国の社会的・文化的背景の相違に基づく形で異なっていた。これらの調査結果については、さらに分析を深めた上で、平成17年度に学会発表・論文投稿を行おうと目下検討中の段階である。尚、本年度に計画していたアラブ諸国での現地調査活動については、治安の問題上、実施することができなかった。今年度に実施した研究実績、及び、研究によって得られた知見は以下の通りである。1.研究対象国のうち、シリアで実施した青少年(中学生・女子体育師範学校生)の体格・運動能力・運動習慣調査の結果とわが国の同年代のデータとを比較分析した。その結果、シリアの青少年の運動頻度は日本と比べると相当に少なく、また、神経系の能力などがかなり劣っていることが明らかになった。改めて体育教育の重要性が示唆される結果となった。この結果については、中国四国教育学会第55回大会(2003年11月)において発表を行った。さらにその成果をまとめ、中国四国教育学会編『教育学研究紀要』第49巻(CD-ROM版)への論文投稿を行った。2.研究対象国のうち、シリア、ジョルダン、エジプト、モロッコ、チュニジアにおいて実施されている女性スポーツ政策についての資料収集を実施した。各国とも、女性スポーツ振興に力を入れつつある傾向が見受けられ、特に、女性スポーツ振興を専門とするセクションを設立し、女性スポーツ行政官を多く採用しようとする傾向が各国に共通してみられた。また、2004年2月に、シリア、ジョルダンを訪問し、女性スポーツに関する資料収集、スポーツ教育行政官に対するインタビュー調査、スポーツ教育活動の観察調査などを実施した。現在、そこで得られたデータの入力、分析を実施している段階であり、これらの調査結果については、2004年度に学会発表、論文投稿を実施する予定である。尚、イエメンにおいて実施する予定であった現地調査については、当該国の治安上、実施することができなかった。
農耕する川虫－生態系エンジニアによる微生物群集への影響－

トビケラ幼虫の多くは、川砂を綴り合せた巣を作る。本研究では川底の砂で持ち運び式の筒巣を作るトビケラ幼虫を使い、巣材の選好性について調査した。その結果、一つの集団内で不連続に異なった選好性(多型)を示すことが明らかになり、この多型は単一の遺伝子座によって支配的に決定されている可能性が示唆された。飼育実験の結果、成長をより早めることができる巣材を選ぶ幼虫は、より早く羽化することができるが、この羽化個体が産んだ子は、成長が遅れた幼虫からの共食いの危険にさらされるために成長が抑制されることが分かった。このように多型の維持には「共食いの間接的作用」が鍵となっている可能性が示唆された。本研究は、川虫の一種であるトビケラがつくる捕獲網(ニッチ構築)に、微生物を栽培する機能があること(農耕仮説)を実証し、網によって微生物の群集動態にどのような影響があるかを明らかにする。これによりトビケラの生態系エンジニアとしての新たな役割を明らかにすることを目的としている。これまでトビケラの生態系エンジニアとしての役割は、底生無脊椎動物群集への影響に着目された研究しか行われておらず、微生物群集への影響についてはほとんど未知である。河川は陸域と海域との物質循環の接点であり、体内の栄養を運ぶ血管のような重要な役割を果たしている。その中で微生物は、河川中の栄養塩循環の基幹機能である貯留・取込の機能を果たしている。特に微生物の種多様性は重要であり、たとえばCardinal (2004, Nature)では微生物の種多様性が高いほど、水中の栄養塩の取込速度が高くなることを示している。このような背景から、トビケラの造網によって、微生物の多様性が高まることが示されれば、物理的な生態系エンジニアと考えられてきた生物種が、水質浄化という化学的環境改変ももたらしているという新たな役割が明らかになると期待される。育児のため2015年6月2016年3月まで補助事業を中断した。トビケラの網上に形成される微生物群集組成の評価のため、遺伝子解析をクローニングライブラリーによって行う予定であった。しかし、26年度は調査地点が台風によって、対象種が激減し、十分なサンプルを得ることができず、本格的な多様性解析には至らなかった。それに加えて、27年どは、育児のため2015年6月2016年3月まで補助事業を中断したため、ほとんど進展が見られなかった。本研究は、水生昆虫であるトビケラがつくる巣に、微生物を栽培する機能があること(農耕仮説)を実証し、巣によって微生物の群集動態にどのような影響があるかを調べる。このことによって、トビケラの生態系エンジニアとしての新たな役割を明らかにする。これまでトビケラの生態系エンジニアとしての研究は数多くなされてきたが、種内の変異は見過ごされてきた。しかし、古典的な生活史研究や、行動生態学的研究からは、多くの動物において、巣作りの種内変異があることが示されている。もし、生態系エンジニア効果を持つトビケラ幼虫においても個体間や地域間で巣形質の変異があれば、異なる生態系エンジニア効果を通じて、同所的な生物の群集構造への波及効果も異なるかもしれない。近年、近年、種内の形質変異や多型が、群集や環境に無視できない影響をもたらすことが、さまざまな生態系において報告されている(Bolnick et al. 2011. TREE, 26:183-192.)。また、似た生態系機能を持つ近縁種や種内変異であっても、種多様性や種内形質の多様性が高いほど、生態系機能も高まることが示されている(Cardinale B. 2011. Nature, 472:86-89)。このような背景から、巣形質の変異を調べることで、群集構造と多様性を創出する新たなメカニズムが明らかになると期待される。特に、生態系エンジニア力の種内多様性が群集の多様性創出にどのような貢献をしているかを検証する絶好の機会を得た。28年度は、トビケラの巣の種内変異について調査を行った。その結果、巣の形質には種内変異があり、さらには変異の幅にも地域的な違いがあることが分かった。室内飼育実験の結果、トビケラ幼虫間の共食いの直接的・間接的影響のバランスによって変異の幅が規定されることが分かった。このように、トビケラの巣の形質変異には、当初予測していた以上の複雑な背景があることが明らかになってきた。この発見は、これまで知られてなかった種内多型の維持メカニズムを示している可能性があり、大きな成果である。しかし一方で、生態系エンジニアとしての役割を評価するには、個体間、地域間の複雑な変異を考慮しなければならず、期間内での解析達成ができなかった。本研究は、トビケラが作る巣に、微生物を栽培する機能があること(農耕仮説)を実証し、巣によって微生物の群集構造にどのような影響があるかを調べることを目的としていた。その調査過程で、トビケラの巣の形質には集団内における遺伝的多型があることが示唆され、さらに多型の幅も地域によって異なっていることが分かった。また、多型は一遺伝子座によって支配的に決定されている可能性も示唆された。室内飼育実験の結果、トビケラ幼虫間の共食いの直接的・間接的影響のバランスによって多型の幅が規定されている可能性が示唆された。

種内の遺伝的多型は多様性の最も単純な例であり、理論的にも実証的にも研究が盛んに行われてきた。現在では、負の頻度依存選択が多型を維持する最も強い維持機構であると考えられている。本研究による一連の発見は、これまでしられていなかった負の頻度依存選択以外の多型維持機構を示している可能性があり、大きな成果である。また近年の分子研究では、様々な分類群で見られる多型形質が一遺伝子座で決定されることが分かってきている。本研究では、動物の巣作り行動という、一見複雑に見える行動形質が単一遺伝子で決定されている可能性を示しており、今後のさらなる研究発展が見込める結果を得ることができた。最終年度はこれらの結果を取りまとめ、査読付国際誌に3報掲載され、2報が査読中となっている。トビケラ幼虫の多くは、川砂を綴り合せた巣を作る。本研究では川底の砂で持ち運び式の筒巣を作るトビケラ幼虫を使い、巣材の選好性について調査した。その結果、一つの集団内で不連続に異なった選好性(多型)を示すことが明らかになり、この多型は単一の遺伝子座によって支配的に決定されている可能性が示唆された。飼育実験の結果、成長をより早めることができる巣材を選ぶ幼虫は、より早く羽化することができるが、この羽化個体が産んだ子は、成長が遅れた幼虫からの共食いの危険にさらされるために成長が抑制されることが分かった。このように多型の維持には「共食いの間接的作用」が鍵となっている可能性が示唆された。26年度は、顕微鏡観測による群集組成の評価および培養実験を行い、網状の微生物群集の成立過程を観測する計画であった。しかし、実際に野外の網上に生息する生物を観察すると、当初考慮していた細菌・真菌・植物プランクトン・原生生物のほかに、線虫、ワムシ、クマムシ、ミジンコ、ダニ、淡水海綿などが網上にのみ生息していることが分かってきた。この観察結果は、当初の予測以上に特異的な群集組成が成立していることを示しており、トビケラ網の多様性への影響についてインパクトを持った成果を得ることができると期待できた。そこで今年は、群集の多様性の評価のための遺伝子解析をクローニングライブラリーによって行った。しかし、生物量としての動物プランクトンは少ないため、当該の解析では検出することができなかった。そこで動物プランクトンについてはシングル・セルから遺伝子解析によってプライマリーを作成し、多様性解析をする必要性が明らかになった。くわえて、26年度は調査地点が台風により、対象種のヒゲナガカワトビケラが激減し、十分なサンプルを得ることができず、本格的な多様性解析には至らなかった。26年度、27年度はデータとして目に見える結果を得ることができなかった。しかし、これまでの準備観察からは、トビケラの網がもたらす多様性への影響が当初よりも高いことによって、進展が見られなかった部分もあり、将来の期待ももたらした。すでに、ライブラリークローニングやシングルセルによるプライマリー作成などの微生物群集に対する遺伝子解析の準備は整っている。そこで、今後は、これらの遺伝子解析技術を用いて、トビケラ網の微生物群集の多様性への影響を評価していく。これまで胃内容分析から珪藻が重要な餌起源だと考えられてきたが、それは消化できずに残ったSi殻が残存していることと、固定時に動物性の餌が溶けてしまっていたゆえに過剰評価されていると考えられた。実際に、申請者が固定前のサンプルに対して胃内容分析を行ったところ、クマムシやワムシなどのが確認できた。
超音波装置を用いた嚥下運動解析法の確立

摂食・嚥下運動口腔期の動態を解析するために,既存の超音波装置SSD650CL(ALOKA)あるいはLogiq700(GE-Yokogawa)を用いて,舌背の正中矢状断面および冠状断面,咽頭側壁の軸位断面の超音波Bモード画像を採取した.超音波検査と同時に,ビデオX線透視法(videofluorography,以下VFと略す)を施行した.これには既存のX線透視装置Finescope300,DCW-30A(東芝メデイカル)および今回購入の移動型X線ビデオ透視用椅子(ともみ工房)を用いた.ビデオ画像ミキサーVideoCanvas(Roland社製)を用いて,超音波画像,VF画像および被検者の嚥下時の音と検査者の音声を同時にひとつの画像データとして記録した.デジタルビデオレコーダDSR-20,DSR-V10,GV-D900(SONY製)により記録されたデータは,Premiere(Adobe社)を用いてmovie dataとして,今回購入の画像解析用コンピュータPower Mac G4(Apple社製)に取り込んだ.NIH imageを用いて,超音波画像における舌運動の時間計測および形態計測を行った.この結果をVF解析と比較し,舌動態を描出するのに最適な超音波検査を再検討した.舌の冠状断,矢状断のいずれのスキャン方向でも舌の運動は捉えることができたが,重積像であるVF像とは異なり,超音波像はある部分の断面のみが描出される.したがって,病態をとらえるには複数の画像が必要になることが示唆された.咽頭側壁やその他の断面についてはさらに詳細な画像解析が求められる.今回の研究によって,超音波画像を用いて嚥下運動を解析するシステムを構築した.嚥下評価は訓練や病状の変化に伴って頻繁に行うべきものであり,被曝量や患者の苦痛を考えると,経時的な変化を追う際には,超音波検査法はVFのある部分を置換できうる.健常例に対して、既存の超音波装置Logiq700(GE横河社製)を用いて、嚥下運動の超音波検査を施行した。嚥下口腔期の舌運動、すなわち、舌尖の挙上、舌背面陥凹形成、舌背面の硬口蓋への押しつけ、舌根の前方移動の、各相の超音波Bモード画像を経時的に、ビデオテープおよび光磁気ディスクに記録した。また舌骨上筋群に分布する血管枝に対して、カラードップラ法も施行した。既存の透視装置DCW-30A(東芝社製)および今回購入の愛知学院大学仕様の移動型X線ビデオ透視用椅子(ともえ工房)を用いて、舌運動のビデオ嚥下X線造影(以下VFと略す)を時間軸をあわせて撮影し、ビデオテープに記録した。以上により、超音波画像を用いて、リアルタイムに舌動態を解析するシステムを構築した。摂食・嚥下運動口腔期の動態を解析するために,既存の超音波装置SSD650CL(ALOKA)あるいはLogiq700(GE-Yokogawa)を用いて,舌背の正中矢状断面および冠状断面,咽頭側壁の軸位断面の超音波Bモード画像を採取した.超音波検査と同時に,ビデオX線透視法(videofluorography,以下VFと略す)を施行した.これには既存のX線透視装置Finescope300,DCW-30A(東芝メデイカル)および今回購入の移動型X線ビデオ透視用椅子(ともみ工房)を用いた.ビデオ画像ミキサーVideoCanvas(Roland社製)を用いて,超音波画像,VF画像および被検者の嚥下時の音と検査者の音声を同時にひとつの画像データとして記録した.デジタルビデオレコーダDSR-20,DSR-V10,GV-D900(SONY製)により記録されたデータは,Premiere(Adobe社)を用いてmovie dataとして,今回購入の画像解析用コンピュータPower Mac G4(Apple社製)に取り込んだ.NIH imageを用いて,超音波画像における舌運動の時間計測および形態計測を行った.この結果をVF解析と比較し,舌動態を描出するのに最適な超音波検査を再検討した.舌の冠状断,矢状断のいずれのスキャン方向でも舌の運動は捉えることができたが,重積像であるVF像とは異なり,超音波像はある部分の断面のみが描出される.したがって,病態をとらえるには複数の画像が必要になることが示唆された.咽頭側壁やその他の断面についてはさらに詳細な画像解析が求められる.今回の研究によって,超音波画像を用いて嚥下運動を解析するシステムを構築した.嚥下評価は訓練や病状の変化に伴って頻繁に行うべきものであり,被曝量や患者の苦痛を考えると,経時的な変化を追う際には,超音波検査法はVFのある部分を置換できうる.摂食・嚥下運動口腔期の動態を解析するために,既存の超音波装置SSD650CL(ALOKA)あるいはLogiq700(GE-Yokogawa)を用いて,舌背の正中矢状断面および冠状断面,咽頭側壁の軸位断面の超音波Bモード画像を採取した.超音波検査と同時に,ビデオX線透視法(videofluorography,以下VFと略す)を施行した.これには既存のX線透視装置Finescope300,DCW-30∧(東芝メデイカル)および今回購入の移動型X線ビデオ透視用椅子(ともみ工房)を用いた.ビデオ画像ミキサーVideoCanvas(Roland社製)を用いて,超音波画像,VF画像および被検者の嚥下時の音と検査者の音声を同時にひとつの画像データとして記録した.

デジタルビデオレコーダDSR-20,DSR-V10,GV-D900(SONY製)により記録されたデータは,Premiere(Adobe社)を用いてmovie dataとして,今回購入の画像解析用コンピュータPower Mac G4(Apple社製)に取り込んだ.NIH imageを用いて,超音波画像における舌運動の時間計測および形態計測を行った.この結果をVF解析と比較し,舌動態を描出するのに最適な超音波検査を再検討した.舌の冠状断,矢状断のいずれのスキャン方向でも舌の運動は捉えることができたが,重積像であるVF像とは異なり,超音波像はある部分の断面のみが描出される.したがって,病態をとらえるには複数の画像が必要になることが示唆された.咽頭側壁やその他の断面についてはさらに詳細な画像解析が求められる.今回の研究によって,超音波画像を用いて嚥下運動を解析するシステムを構築した.嚥下評価は訓練や病状の変化に伴って頻繁に行うべきものであり,被曝量や患者の苦痛を考えると,経時的な変化を追う際には,超音波検査法はVFのある部分を置換できうる.
生物発光における脱CO2酵素反応の遷移状態構造とその制御の計算物質的科学研究

平成30年度は、オキシルシフェリン励起状態の酵素の影響および理論計算レベルを検証するため、実験情報のあるゲンジボタルルシフェラーゼとその変異体の違いに着目し、ルシフェラーゼを点電荷としてあつかう計算を実施した。タンパク質の構造は、タンパク質データバンクに登録されているゲンジボタルルシフェラーゼの結晶構造を参考にし、野生型のゲンジボタルルシフェラーゼの配列に変更した。さらに、257番目のチロシンをアルギニンに変えて変異体の構造を作成した。また、オキシルシフェリンを含む水溶液中のタンパク質構造を決定するために、タンパク質表面から30オングストロームまでの水分子を加えた古典分子動力学計算を行った。その結果、5ナノ秒で平衡に達することがわかった。また、タンパク質の活性点付近に存在するオキシルシフェリンの分子構造の情報を得ることができた。次に、この古典分子動力学計算から得られる構造を初期配置とし、時間依存密度汎関数法(TDDFT)計算によるオキシルシフェリン励起状態の構造最適化を行った。この計算では水分子およびタンパク質を点電荷として近似した。水分子数に対する収束性から、オキシルシフェリンの中心より半径50オングストロームまでの水分子を入れたモデルで十分であることを確認した。その結果、野生型と変異体における発光エネルギーをそれぞれ得ることができた。しかしながら、この計算方法では構造最適化の計算中に、オキシルシフェリンの酸素原子がタンパク質の水素原子の点電荷近くに偏ってしまうことが多くあることが判明した。そこで、オキシルシフェリン励起状態の構造最適化計算に、タンパク質と周囲の水分子を分子力学法で扱い、オキシルシフェリンにTDDFTを用いるONIOM計算を実施した。その結果、構造最適化の際に、オキシルシフェリンの酸素原子がタンパク質の水素原子の点電荷近くに偏る、という問題は回避できた。古典分子動力学計算により野生型のゲンジボタルルシフェラーゼおよび変異体中のオキシルシフェリンの分子構造を得ることができた。また、発光エネルギーの計算については、水分子およびタンパク質をONIOM計算に取り入れる方法の方が良いことがわかった。さらに、発光エネルギーの計算には、TDDFTだけでなく運動方程式結合クラスター法(EOM-CCSD)計算を試み、どちらも変異体の発光エネルギーの方が小さくなることを確認した。これらの結果から、予定していた「オキシルシフェリン励起状態の酵素の影響および理論計算レベルの検証」という目的を達成することができたと言える。構造最適化により得られたオキシルシフェリンの分子構造は、タンパク質の影響を反映して振動した構造となっていることがわかったため、複数の構造を考慮した発光スペクトルを得る必要がある。次年度はこの問題点も含めて、計算手法を変えて発光スペクトルの計算を実施する。・発光スペクトルの計算について、複数の構造における振動子強度から発光スペクトルを求める方法に切り替える。この方法は、すでに水溶液中の吸収エネルギーの計算に用いられている。また、その後蛍光スペクトルの計算にも用いられ、発光エネルギー計算にも有効な方法であることが示されている。この方法により理論発光スペクトルを得て、発光エネルギーを決定する。・オキシルシフェリンの周囲にあるアミノ酸残基を調べ、発光反応経路に影響を与える可能性のあるアミノ酸残基を予測する。ホタル生物発光は、あらわに外部からエネルギーが供給されることなく、化学反応により発光する興味深い現象である。この反応は「ルシフェリンールシフェラーゼ反応」と呼ばれ、ルシフェラーゼタンパク質酵素中で基質であるルシフェリンとアデノシン三リン酸・酸素・金属イオンから発光体であるオキシルシフェリンが生成し、発光を起こす反応である。ルシフェリンールシフェラーゼ反応ダイナミックスを調べるためには、反応に関与する分子の構造をそれぞれ知る必要がある。これまでの理論研究から、ルシフェリンとオキシルシフェリンの水溶液中で最も安定な構造はpHにより異なることが明らかになっている。平成29年度の目的は、pHに対して異なる反応経路を解明することにある。反応経路についての過去の研究では中間体とオキシルシフェリンについてそれぞれ一つの分子を仮定している。しかし、これまでの研究から、オキシルシフェリンはpHによって構造が異なることが明らかになったため中間体もpHごとに異なると予想される。平成29年度は反応経路に関与する分子の構造を明らかにするため、ルシフェリン・ルシフェリルAMP中間体・ジオキセタン中間体・オキシルシフェリンの水溶液中での電子状態を計算した。振動解析を行い、独自に開発した自由エネルギー補正法をもちいて相対的な自由エネルギーを見積もることで、タンパク質内の環境に相当するpH7-9領域での反応経路を求めた。その結果、水溶液中でのATP中間体構造は、タンパク質中での構造とかなり異なることがわかった。また、反応経路のポテンシャルエネルギープロファイルから、ATP中間体構造はpH > 8でプロトン脱離した構造をとり、一方、ジオキセタノン中間体はpHによらずプロトン脱離した構造をとるため、タンパク質内の環境に相当するpH領域では、僅かなpHの違いで反応経路が異なることが明らかになった。予定していた「pHに対して異なる反応経路を解明する」という目的を達成することができたため。その結果、この研究課題で着目するジオキセタノン中間体の基底状態における安定構造を求めることができた。

タンパク質の構造は、タンパク質データバンクに登録されているゲンジボタルルシフェラーゼの結晶構造を参考にし、野生型のゲンジボタルルシフェラーゼの配列に変更した。さらに、257番目のチロシンをアルギニンに変えて変異体の構造を作成した。また、オキシルシフェリンを含む水溶液中のタンパク質構造を決定するために、タンパク質表面から30オングストロームまでの水分子を加えた古典分子動力学計算を行った。その結果、5ナノ秒で平衡に達することがわかった。また、タンパク質の活性点付近に存在するオキシルシフェリンの分子構造の情報を得ることができた。次に、この古典分子動力学計算から得られる構造を初期配置とし、時間依存密度汎関数法(TDDFT)計算によるオキシルシフェリン励起状態の構造最適化を行った。この計算では水分子およびタンパク質を点電荷として近似した。水分子数に対する収束性から、オキシルシフェリンの中心より半径50オングストロームまでの水分子を入れたモデルで十分であることを確認した。その結果、野生型と変異体における発光エネルギーをそれぞれ得ることができた。しかしながら、この計算方法では構造最適化の計算中に、オキシルシフェリンの酸素原子がタンパク質の水素原子の点電荷近くに偏ってしまうことが多くあることが判明した。そこで、オキシルシフェリン励起状態の構造最適化計算に、タンパク質と周囲の水分子を分子力学法で扱い、オキシルシフェリンにTDDFTを用いるONIOM計算を実施した。その結果、構造最適化の際に、オキシルシフェリンの酸素原子がタンパク質の水素原子の点電荷近くに偏る、という問題は回避できた。古典分子動力学計算により野生型のゲンジボタルルシフェラーゼおよび変異体中のオキシルシフェリンの分子構造を得ることができた。また、発光エネルギーの計算については、水分子およびタンパク質をONIOM計算に取り入れる方法の方が良いことがわかった。さらに、発光エネルギーの計算には、TDDFTだけでなく運動方程式結合クラスター法(EOM-CCSD)計算を試み、どちらも変異体の発光エネルギーの方が小さくなることを確認した。これらの結果から、予定していた「オキシルシフェリン励起状態の酵素の影響および理論計算レベルの検証」という目的を達成することができたと言える。構造最適化により得られたオキシルシフェリンの分子構造は、タンパク質の影響を反映して振動した構造となっていることがわかったため、複数の構造を考慮した発光スペクトルを得る必要がある。次年度はこの問題点も含めて、計算手法を変えて発光スペクトルの計算を実施する。オキシルシフェリン励起状態の酵素の影響および理論計算レベルを検証するため、実験情報のあるゲンジボタルルシフェラーゼとその変異体の違いに着目し結晶構造のルシフェラーゼを点電荷としてあつかう。時間依存(TD)DFTを行うことにより活性中心にあるケト型オキシルシフェリンアニオンの励起状態の構造を決定する。