hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
秒速10km超での固体衝突実験と惑星大気形成過程への応用

高出カレーザーを用いてサブミリメートルサイズの弾丸および平板飛翔体を加速した.従来の加速方法ではこのサイズの飛翔体は秒速数kmまでしか加速できなかったが,本研究では秒速10km以上(最高秒速60km)に加速することに成功した.この技術を使って岩石標的に対して超高速度衝突実験を行い,衝突によって発生する高圧状態での岩石物質の状態方程式,高圧から解放後に発生する蒸気の組成や熱力学状態,クレーターサイズ,放出破片,クレーター深部の状態,など,これまで全く実験的データの無かった未知領域での知見を数多く得ることが出来た.原始惑星表面においては,岩石も蒸発すると言われている高速度(秒速10km超)での隕石衝突が起こっていたが,既存の飛翔体加速装置ではこのような速度に弾丸を加速することは難しかった.つまり,これまで原始惑星における衝突・蒸発過程を室内実験により研究することは出来ない状況にあった.このような状況のもとで,本研究では大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの激光XII号レーザーを用いて効率よく球状飛翔体を秒速10km以上に加速する技術を開発して室内で衝突実験を行い,原始地球などで衝突が大気形成にどのような役割を果たしたのかを理解することを目的としている.具体的目標としては(1)高出力レーザーを使って弾丸飛翔体を秒速10-30kmへ加速する技術の確立(2)秒速10kmを越える超高速度衝突による岩石の衝突実験:クレーターのサイズ,発生蒸気・溶融物の質量,蒸気の膨張速度,温度,2途中・最終生成物の化学組成(3)衝撃波の減衰を測定:蒸気,液体の質量,破壊される領域の大きさの算出(4)実験結果を惑星大気形成過程に適用高出カレーザーを用いてサブミリメートルサイズの弾丸および平板飛翔体を加速した.従来の加速方法ではこのサイズの飛翔体は秒速数kmまでしか加速できなかったが,本研究では秒速10km以上(最高秒速60km)に加速することに成功した.この技術を使って岩石標的に対して超高速度衝突実験を行い,衝突によって発生する高圧状態での岩石物質の状態方程式,高圧から解放後に発生する蒸気の組成や熱力学状態,クレーターサイズ,放出破片,クレーター深部の状態,など,これまで全く実験的データの無かった未知領域での知見を数多く得ることが出来た.今年度は高出力レーザーによる弾丸加速技術の開発を主に行った.まずはもっとも単純な加速方法である,飛翔体に直接レーザーを照射する方法を試した.サイズとして0.1-0.4mmのガラス及びアルミニウムの球または円柱をプロジェクタイルとして用いた.レーザーは大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの激光XII号-HIPERを使用した.レーザー条件は波長1054nmの基本波,パルス幅20ns,集光径100から200μmφ,エネルギーは数百Jから数kJの範囲で変えた.プロジェクタイルの速度計測はX線ストリーク及びプレーミングカメラによる画像から算出した.フレーミングカメラの画像から飛行中のプロジェクタイルの形状なども観察することが出来た.X線は激光XII号の2本のビームを銅または亜鉛板に照射して発生させた.0.1-0.3mmのプロジェクタイルでは秒速10kmを越える速度が観測された.最高は0.1mmのアルミニウム球が秒速60kmにまで加速された,フレーミングカメラの画像からは球はその形を保っているように見えた.レーザーエネルギーを増やすと速度も上がるが,現状ではばらつきが大きくおそらくレーザーを集光する精度のばらつきが一つの原因ではないかと思われる.今後はプロジェクタイルの進行方向にターゲットを設置し,クレーターの回収,また二次ターゲットの設置・回収により,クレーターから放出された破片の分布なども調べていく予定である.また,レーザー直接照射によるプロジェクタイルのダメージを軽減するために間接的な加速方法,たとえばプロジェクタイルから離れた位置に設置した燃料にまずレーザーを照射し,そのガスにより加速する方法を考えている.更に,クレーター形成実験ではターゲットの裏面が衝撃波により飛び出す速度を計測し,ターゲットの厚さを変えた実験から衝撃波減衰の計測を開始する.衝撃波減衰の計測に必要な備品は今年度中に購入・納品されており来年度の計測に向けて光学系を構築中である.今年度は,昨年度に引き続き大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの激光XII号-HIPERレーザーを使用して平板および弾丸加速・衝突実験を行った(波長1054nm,パルス幅20ns,エネルギーは数百Jから数kJ;集光径は平板飛翔体の場合500μmφ,弾丸飛翔体の場合100-200μmφ).厚さ30ミクロンのタンタルシートおよび0.1-0.3mmのアルミニウムの球を用いた.タンタルシートは秒速10km以上,アルミニウム球はサイズに応じて15-60km/sまで加速され,輝石,硫酸塩岩,玄武岩,かんらん岩,石膏などへの衝突実験を行った.昨年度まではショット毎に結果がばらついていたが,今年度は非常に再現性の良い結果が得られた.また,衝突により発生する蒸気やメルトの量,クレーターサイズに直接関係している衝撃波の減衰率を計測するため,今年度は本科研費で昨年度購入した連続光レーザーをプローブ光として用いてVISAR光学系を構築した.精密な計測に必要な干渉縞のコントラストは非常に良好であるが,十分な時間分解能を得るためにストリークカメラの掃引レンジを高速にする場合には,光学系の光量が若干足りないようである.来年度は,まず十分な光量が得られるように光学系を改良する.

その上で,上記で述べたレーザーによる飛翔体加速システムと組み合わせ,平板飛翔体を岩石に衝突させる実験に適用し,岩石の裏面が衝撃波により飛び出す速度を計測する.ターゲットの厚さを変えた実験から衝撃波減衰を計測する予定である.平成22年度も引き続き大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの激光XII号-HIPERレーザーを使用して平板および弾丸加速・衝突実験を行った(波長1054nm,パルス幅20ns,エネルギーは数百Jから数kJ;集光径は平板飛翔体の場合500μmφ,弾丸飛翔体の場合100-200μmφ).厚さ30ミクロンのタンタルシートおよび0.1-0.3mmのアルミニウム,金,ダイヤモンドの弾丸を用いた.タンタルシートは秒速10-25km以上,弾丸はサイズ・材質に応じて秒速8-60kmまで加速され,輝石,硫酸塩岩,玄武岩,かんらん岩,石膏,シリカビーズ焼結体などへの衝突実験を行った.弾丸の衝突により発生した蒸気雲からのX線計測に成功した.エネルギーはおよそ入射粒子の運動エネルギーの0.1%であった.X線が衝突蒸気雲の物理・化学状態を調べるプローブになる可能性があり,来年度以降も観測波長や衝突条件を変えて計測を続行するまた,昨年度構築したVISAR光学系を酸化マグネシウム(MgO)の状態方程式計測に適用した.MgOは高圧での振る舞いが未解明であったが,今回,二段式軽ガス銃では達成が困難な超高圧での状態方程式の計測に成功した.VISAR光学系の有効性が確認されたので,さらに計測の信頼性を高めるために,来年度も引き続きMgOおよびその他め鉱物などの状態方程式データを増やしていく予定であるこれまでに高出力レーザー:激光XII号を用いて弾丸および平板飛翔体の加速実験を行い,秒速10km以上の速度が得られている.当該年度には,さらに様々な材質・サイズの飛翔体を用いて実験を行い,より広いパラメータでマクロ飛翔体を秒速10km以上への加速ができることを確認した.この技術を用いて衝突実験を行った.主な内容は以下の通りである.(1)衝突による蒸発.秒速10km以上に加速された平板および弾丸飛翔体を岩石試料に衝突させ、発生した蒸気を分光器および質量分析計によて分析する.分光器は時間分解が可能であり,衝突による衝撃波通過後の高温・高圧状態での物質の状態方程式,また,蒸気内の原子・分子・イオンの時間変化,さらに最終生成ガス組成を得ることが出来た.これにより、生物大量絶滅事件など,衝突により発生する蒸気がもたらす様々な地球惑星科学的な現象についての理解が著しく進んだ.(2)衝突クレーター.衝突の結果でもっとも基本的な物理量はクレーターサイズ(直径と深さ)である.これまで天体衝突によってできるクレーターサイズの推定は秒速10km以下での実験を基に作られたスケーリング則を使ってなされていたが、今回,現実の衝突速度での実験が可能になり,より確固たるスケーリング則の確立がなされた.また,クレーター底より内部での物質の状況も調べられており,蒸気・溶融物の量,クレーター深さを決定するため不可欠な、秒速10km以上での衝突で発生する衝撃波の減衰率を知ること可能となった.(3)放出破片.衝突で放出される破片のサイズ分布が調べられている.秒速10km以下の場合と比較すると分布に違いが見られた.
自己組織化ナノホールをテンプレートとした炭素ロッド配列構造の形成とエミッタ応用

アルミニウムを陽極酸化するとその表面にナノメートルサイズの穴(ホール)が形成される。処理条件を選ぶことによって、同じ大きさのナノホールを規則的に自己組織的に配列して形成することが可能である。切断端が変形しないようにプラズマ切断機を用いて切り出した高純度アルミニウム板の表面10mm角の領域を電解研磨により表面平滑化を行った。陽極酸化は3°Cに冷却した0.3Mのシュウ酸水溶液を用いて、2段階陽極酸化を実施した。その後リン酸処理でホール径を拡大した。最終的に得られたナノホールの直径は70nm程度で深さは500nm程度であることをSEM観察で確認した。この、ナノホール基板表面の清浄化を行った。ポリスチレン(PS)の四塩化炭素の溶解したものや炭素繊維の原料高分子であるポリアクリロニトリル(PAN)をジメチルフォルムアミドに溶解した溶液を作製した。これらの溶液をナノホール基板表面に滴下し乾燥した。シリコン基板を表面に貼り付けた後に、リン酸/クロム酸混合溶液でアルミナテンプレート部分を除去した。SEM観察したところ、ほぼ65nmの直径の高分子ナノロッドが繊毛状に配列しているのが観察された。すなわち、ナノホールテンプレートの形状が高分子にうまく写し取ることができ、高分子ナノ構造体が形成された。次に、PANを大気中で250°Cに加熱して耐炎化処理を行った。さらに、これに続いて700°C以上の加熱をアルゴン中で行い、炭化した。炭化後SEM観察すると、4560nmの直径のロッドが認められた。またラマン分析したところ、炭化構造に特徴的な1585cm^<-1>と1360cm^<-1>のピークが認められ、炭素系ナノ構造が実現していることが確認された。また、SEM観察時の二次電子放出挙動を観察したところ、炭素ナノ構造の先端部が明るく光り、二次電子放出量が多く、電界放出電子源としてのポテンシャルも高いものと推測された。高純度アルミニウム板の表面10mm角の領域を電解研磨により表面平滑化を行った。陽極酸化は3°Cに冷却した0.3Mのシュウ酸水溶液を用いて、陽極酸化電圧を40Vを印加して2段階プロセスで実施した。その後リン酸を用いてホール径を拡大した。最終的に得られたアルミナナノホールの直径は70nm程度で深さは500nm程度であることをSEM観察で確認した。この、ナノホール基板表面の清浄化を行った後100°Cで加熱乾燥した。ポリアクリロニトリル(PAN)をジメチルフォルムアミドに溶解して2wt%の溶液を作製した。この溶液をナノホール基板表面に滴下し乾燥した。シリコン基板を表面に接着剤で貼り付けた後に、リン酸/クロム酸混合溶液でアルミナテンプレート部分を溶解除去した。PAN表面をSEM観察したところ、ほぼ65nmの直径の高分子ナノロッドが繊毛状に配列しているのが観察された。すなわち、アルミナナノホールテンプレートの形状がPANにうまく写し取ることができ、高分子ナノ構造体が形成された。次にこれを、大気中で250°Cに加熱して耐炎化処理を行った。さらに、これに続いて700900°Cの加熱を7Torrのアルゴン中で行い、炭化した。

炭化後のPAN表面をSEM観察すると、4560nmの直径のロッドが認められた。しかしながら、先端に融着が認められることから、耐炎化処理条件の最適化が不充分であったものと考えられる。炭化処理後のPANをラマン分光分析したところ、炭化構造に特徴的な1585cm^<-1>と1360cm^<-1>のピークが認められ、炭化処理が実現していることが確認された。アルミニウムを陽極酸化するとその表面にナノメートルサイズの穴(ホール)が形成される。処理条件を選ぶことによって、同じ大きさのナノホールを規則的に自己組織的に配列して形成することが可能である。切断端が変形しないようにプラズマ切断機を用いて切り出した高純度アルミニウム板の表面10mm角の領域を電解研磨により表面平滑化を行った。陽極酸化は0.3Mのシュウ酸水溶液を用いて、2段階陽極酸化を実施した。その後リン酸処理でホール径を拡大した。最終的に得られたナノホールの直径と深さをSEM観察で確認した。炭素繊維の原料高分子であるポリアクリロニトリル(PAN)をジメチルフォルムアミドに溶解した溶液を作製した。これらの溶液をナノホール基板表面に滴下し乾燥した。清浄なシリコン基板を表面に貼り付けた後に、リン酸/クロム酸混合溶液でアルミナテンプレート部分を除去した。SEM観察したところ、ほぼアルミナノホールの直径に依存した直径の高分子ナノロッドが繊毛状に配列しているのが観察された。すなわち、ナノホールテンプレートの形状が高分子にうまく写し取ることができ、高分子ナノ構造体が形成された。次に、PATを大気中で250°Cなどの温度で加熱して耐炎化処理を行った。XPSでラダーポリマー構造を持った耐炎化構造になっていることが確認された。さらに、これに続いて700°C以上の加熱をアルゴン中で行い、炭化した。炭化後SEM観察すると、数十nm前後の直径のロッドが認められた。またラマン分析したところ、炭化構造に特徴的な1585cm^<-1>(Dバンド)と1360cm^<-1>(Gバンド)のピークが認められ、炭素系ナノ構造が実現していることが確認された。また、SEM観察時の二次電子放出挙動を観察したところ、炭素ナノ構造の先端部が明るく光り、二次電子放出量が多く、電界放出電子源としてのポテンシャルも高いものと推測された。
キメラアデノウイルスを用いた膀胱癌に対する遺伝子導入、抗腫瘍効果増強に関する研究

膀胱癌に対する第4の治療法を開発すべく遺伝子治療の研究を行ってきた。本研究ではキメラウイルスベクター(Ad5F35)を開発し、細胞実験でCAR非依存的に外来遺伝子を導入し、かつ飛躍的に発現させることを確認した。治療的遺伝子としてherpes simplex virus tymidine kinase, HSV-tkを用いて動物実験を行った。HSV-tkを導入後、動物に対してガンシクロビル(GCV)を腹腔内投与し、抗腫瘍効果を確認した。群として、無治療群、マーカー遺伝子(GFP)導入群、GCV単独投与群、Ad5HSV-tk単独導入群(5x10^8PFU)、Ad5F35HSV-tk単独導入群(1x10^8、5x10^8、1x10^9PFUの3群)、Ad5HSV-tk/GCV投与群(5x10^8PFU)、Ad5F35HSV^tk/GCV投与群(1x10^8、5x10^8、1x10^9PFUの3群)にて検討した。実験結果としてCAR陽性細胞群と陰性細胞群でin vivoではAd5HSV-tk/GCV投与群と、Ad5F35HSV-tk/GCV投与群では約10倍の抗腫瘍効果を示した。主要臓器に関する毒性や転移に関して差は認められなかった。本検討において膀胱癌に対するAd5F35HSV-tk/GCV投与群の有用性を示した。また、膀胱摘除術標本における免疫染色を行い、S100A2、S100A4、p53の検討も行った。いずれもstageやgrade、予後と相関関係を示した。左記の細胞蛋白は膀胱癌において有効な遺伝子治療の標的蛋白になると考えられ、キメラウイルスベクターを用いた膀胱癌に対するtarget specific treatmentの可能性を示すことができた。膀胱癌に対する第4の治療法を開発すべく遺伝子治療の研究を行っている。本研究準備段階の一環で、膀胱癌におけるアデノウイルスレセプターの発現(coxsackie adenovirus receptor, CAR)が進行癌、高悪性度癌で極度に低下していることが膀胱摘除術標本による研究で明らかになった。また、研究に用いる膀胱癌細胞株において、FACSを用いた検討では高悪性度癌ではCAR発現が極端に低下していた。様々な膀胱癌細胞株に通常アデノウイルスベクター(Ad5)を用いた場合、CAR発現低下を認める細胞では低導入率であった。また、治療的遺伝子(herpes simplex virus tymidine kinase, HSV-tk)を包含するAd5(Ad5HSV-tk)を用いた場合、細胞実験(in vitro)において、抗腫瘍効果がCAR発現依存的に認められた。そこで、CAR発現に依存しないキメラアデノウイルスベクター(Ad5F35)を開発し、まず膀胱癌細胞株への導入効率を検討した。Ad5F35はCAR発現非依存的に感染効率が増強した。さらにAd5HSV-tkとの抗腫瘍効果を比較した場合、Ad5F35HSV-tkは30倍の細胞増殖抑制を示した。本研究成果を踏まえ、動物実験(in vivo)を開始した。Pilot studyとしてCAR発現陽性膀胱癌細胞株(5637)と陰性細胞株(TCC-SUP)をヌードマウスに正着、増大することが確認できた。同動物を使用し、治療的遺伝子2種(Ad5HSV-tk, Ad5F35HSV-tk)の抗腫瘍効果を検討したところ、明らかに腫瘍縮小効果に差が認められた。現在、CAR陽性細胞群と陰性細胞群、各々11群による実験が進行中である。また、膀胱摘除術症例においてAd5F35のレセプターであるCD46を用いた免疫染色よる予後因子としての検討も進行中である。

膀胱癌に対する第4の治療法を開発すべく遺伝子治療の研究を行っている。本研究では昨年、キメラウイルスベクター(Ad5F35)を開発し、細胞実験でCAR非依存的に外来遺伝子を導入し、かつ飛躍的に発現させることを確認した。本年、治療的遺伝子としてherpes simplex virus tymidine kinase, HSV-tkを用いて動物実験を開始した。HSV-tkを導入後、動物に対してガンシクロビル(GCV)を腹腔内投与し、抗腫瘍効果を確認する。Pilot studyとしてCAR発現陽性膀胱癌細胞株(5637)と陰性細胞株(TCC-SUP)をヌードマウスに正着、増大することが確認できた。CAR陽性細胞群と陰性細胞群、各々11群による実験を行っている。群として、無治療群、マーカー遺伝子(GFP)導入群、GCV単独投与群、Ad5HSV-tk単独導入群(5x10^8PFU)、Ad5F35HSV-tk単独導入群(1x10^8、5x10^8、1x10^9PFUの3群)、Ad5HSV-tk/GCV投与群(5x10^8PFU)、Ad5F35HSV-tk/GCV投与群(1x10^8、5x10^8、1x10^9PFUの3群)にて検討している。Preliminaryな結果であるが、Ad5HSV-tk/GCV投与群とAd5F35HSV-tk/GCV投与群で有意に抗腫瘍効果に差が認められている。現在、引き続き抗腫瘍効果や生存率に関して経過観察中である。今後、主要臓器に関する毒性や転移に関しても検討予定である。また、flowcytometryで泌尿器癌細胞株につきCARのheterogeneityを確認し、かつAd5F35のレセプターであるCD46の高値発現を確認した。左記により膀胱摘除術症例におけるCD46を用いた免疫染色よる予後因子としての検討も進行中である。膀胱癌に対する第4の治療法を開発すべく遺伝子治療の研究を行ってきた。本研究ではキメラウイルスベクター(Ad5F35)を開発し、細胞実験でCAR非依存的に外来遺伝子を導入し、かつ飛躍的に発現させることを確認した。治療的遺伝子としてherpes simplex virus tymidine kinase, HSVL-tkを用いて動物実験を行った。HSV-tkを導入後、動物に対してガンシクロビル(GCV)を腹腔内投与し、抗腫瘍効果を確認した。群として、無治療群、マーカー遺伝子(GFP)導入群、GCV単独投与群、Ad5HSV-tk単独導入群(5x10^8PFU)、Ad5F35HSV-tk単独導入群(1x10^8、5x10^8、1x10^9PFUの3群)、Ad5HSV-tk/GCV投与群(5x10^8PFU)、Ad5F35HSV-tk/GCV投与群(lx10^8、5x10^8、1x10^9PFUの3群)にて検討した。実験結果としてCAR陽性細胞群と陰性細胞群でin vivoではAd5HSV-tk/GCV投与群と、Ad5F35HSV-tk/GCV投与群では約10倍の抗腫瘍効果を示した。主要臓器に関する毒性や転移に関して差は認められなかった。本検討において膀胱癌に対するAd5F35HSV-tk/GCV投与群の有用性を示した。また、膀胱摘除術標本における免疫染色を行い、S100A2、S100A4、p53の検討も行った。いずれもstageやgrade、予後と相関関係を示した。
素粒子標準模型を超えたヒッグスセクターの理論的解明と加速器実験による検証

一つ目の研究として、高エネルギー加速器研究機構(KEK)教授・総合研究大学院大学(総研大)教授の野尻美保子氏と総研大生の久保田浩永氏と共同で「標準模型を超えた物理におけるヒッグス粒子の結合定数を調べて模型を区別する」というものを行った。我々はヒッグス粒子の性質の中でも特に他の素粒子との結合定数に注目して、それが標準模型の予言とどの程度ずれ得るかを調べることで加速器実験における模型の区別を調べた。先行研究においては特定の結合定数のみを議論するものがほとんどであったが、我々は複数の結合定数のずれの相関をみることで模型の区別可能性を定量的に議論した。具体的な模型として、複合ヒッグス模型、超対称標準模型、標準模型にスカラー一重項を加えた模型、の三つを調べた。すべての模型において電弱精密測定などの実験的制限を考慮して結合定数のずれを調べた結果、ツリーレベルの結合定数のずれの相関と1ループレベルの結合定数のずれの相関を用いることで、広範なパラメータ領域でこれらの模型が区別できることを発見した。この研究により、新たな粒子が発見されない場合でも標準模型を超えた物理シナリオの区別可能性を高めることができ、それは将来の加速器実験に更なる価値を付与することにもつながる。博士論文執筆に多くの時間を割いたため平成25年度中の論文投稿は叶わなかったが、主要な部分は解析し終わっているので近い将来に投稿できるものと思われる。二つ目の研究は、KEK・総研大准教授の郡和範氏と総研大生の蘇垠成氏と共同で「電弱相転移由来の重力波における真空エネルギーの影響と将来実験における観測可能性」というものを行った。結果としてその効果は小さいことを発見し過去の計算の妥当性を定量的に明らかにすることができ、さらにこれまで指摘されていなかったパルサー実験における観測可能性も発見した。これも近い将来に論文投稿ができるものと思われる。博士論文執筆に多くの時間を割いたため、論文にするまでの十分な時間を確保することができなかった。さらに、複数の研究を同時に進行させたことも時間が掛かってしまった原因であった。論文投稿がまだできていないので、それを行う。研究の主たる内容に関しては解析が終わっているので、論文として形にしてすることに注力する。また、本研究の今後の発展としては、更に多くの模型に関して同様の解析を行い、標準模型を超えた物理シナリオの区別可能性を明らかにすることである。実験家の解析が進んでいない部分もあるので、理論的な研究を進めて重要性を示すことによって解析を促し、相互発展につながることも期待できる。
共同的社会が捕食者対抗戦略としてハダニ類で収斂進化したとする仮説の総合的検証

スゴモリハダニ属と近縁属にみいだされた発展段階の多様な社会を対象として、それらが基本的に「複数種の天敵」との相互作用を通じた自然選択によって生まれたとする説を総合的に検証した。その結果「天敵-営巣性ハダニ相互作用系が必然的に社会進化を生む」という説を支持する事例を明らかにした。具体的には、ススキスゴモリハダニ2型には、オスの攻撃性変異だけではなく、天敵に対する反撃行動にも様々な変異のあること、この2型には生活史にも有意な差があることもわかった。さらに、世界ではじめてケナガスゴモリハダニに、糸を用いた巣内清掃行動を発見した。スゴモリハダニ属およびその近縁属にみいだされた発展段階の多様な社会を対象として、それらが基本的に「複数種の天敵」との相互作用を通じて作用した自然選択によって生まれたとする仮説の妥当性を総合的に検証することを目指す。これまでにササ寄生性スゴモリハダニ属で得た知見の一般性を検証するために、より広く世界のスゴモリハダニ属および類似の営巣性を示す近縁グループに対象を広げ、「天敵-営巣性ハダニ相互作用系が必然的に社会進化を生む」という説が、マクロな分布の面からもサポートされるかどうかを検討する。具体的には、スゴモリハダニ属および熱帯タケ寄生およびカシ類寄生性の営巣性ハダニグループに注目し,それらにはどんな社会をもつ種が存在するのかを広く国内外で探索し行動等を分析する。特に、照葉樹林帯で社会の収斂進化を示唆する巣のサイズ変異現象を示す種と同所的発生天敵類を対象に、ササの研究で確立した社会行動解析法を適用して相互作用を分析し、異なる種、異なる地域、異なる寄主における「社会の収斂現象」の存在を探求する。また関連したこれまでの知見をまとめて英文で本を出版する。国内および中国において、ササ・タケ類、ススキ、カシ、シイ等の寄主植物に固有の造巣性ハダニ類を採集し、それらの行動生態、また対応する(同所的に発見される)天敵類の同定、行動解析を実施した。その結果、これまで未知であったヒメスゴモリハダニのクマイザサ個体群、チシマザサ個体群また、サトウキビ寄生性のススキスゴモリハダニ個体群を得、また、既知の個体群について、その営巣パターン、越冬生態を明らかにすることができた。現在それらの、形態、行動を精査中である。種間関係、個体問関係(社会)を記述し、また解析するためのモデルを開発し、現在野外データをそれにあてはめて種間関係を導く論理を構築している。本研究についてはすでに8割り方論文もできており、近く投稿予定である。また、複雑な社会関係を簡潔に記述し、諸パラメータの重要性を明らかにするゲームモデルの開発に成功し、それはすでに論文として受理され印刷中である(Open Evol. J.)。採取されたハダニや天敵類のDNAを用いた分析もすでに始まっている。その一部として系統解析結果の論文が受理され、まもなくアメリカ昆虫学会誌(Ann Entomol Soc Amer)から公表されることになっている。また、これまで研究代表者が行ってきた一連の研究成果および平成20年度の成果を併せて、ハダニ類の社会性に関する英文専門書籍(代表者単著)を脱稿し、平成21年度内にはSpringer社から出版される予定となっている。国内およびニュージーランド、オーストラリアにおいて、ササ・タケ類、ススキ、カシ、シイ等の寄主植物に固有の造巣性ハダニ類を採集し、それらの行動生態、また対応する(同所的に発見される)天敵類の同定、行動解析を実施した。その結果、これまでカシに寄生する造巣性カシノキハダニに背毛の変異をもち巣のサイズを異にする変異個体群を発見した。これはスゴモリハダニにみられる社会変異と同じ要因による収斂進化の例である可能性が高い。また、オーストラリアにおいて、これまで知られていない特殊な造巣性ハダニを発見、その営巣パターン、形態および行動を明らかにすることができた。種間関係、個体間関係(社会)を記述し、また解析するためのモデルを開発し、現在野外データをそれにあてはめて種間関係を導く論理を構築した。また、複雑な社会関係を簡潔に記述し、諸パラメータの重要性を明らかにするゲームモデルの開発に成功し、それを論文として公表した(Open Evol.J.)。その一部として系統解析結果の論文をアメリカ昆虫学会誌(Ann Entomol Soc Amer)から公表した。また、現在スゴモリハダニ類に動物界で例のない社会行動である糸を用いた巣内清掃行動が発見され、動物行動学会大会および日本応用動物昆虫学会において発表し、現在国際誌への投稿を準備中である。

また、これまで研究代表者が行ってきた一運の研究成果および平成20、21年度の成果を併せて、ハダニ類の社会性に関する英文専門書籍(代表者単著)を平成21年度12月にSpringer社から出版した(出版年は2010年となっている)。平成21年度の研究を継続し、春から夏にかけては、国内のスゴモリハダニよびその近縁種の野外調査を実施し、ハダニ類の採集、その生活型、すなわち巣サイズ、巣を形成する個体の齢構成、排出物処理行動等を調査した。さらに、ケナガスゴモリハダニやササスゴモリハダニについて同所性天敵イブリナガヒシダニを採集し相互作用を分析した結果、ケナガスゴモリハダニに特有の社会行動(後述の掃除行動)が、この天敵に対してその捕食者能力を発揮できないほどの打撃を与えていることが判明した。一方、ササスゴモリにはその行動が認められなかった。国内において実施したハダニ類の野外調査で、カシに寄生し、スゴモリハダニと同様に胴部背毛の長さと巣サイズに変異をもつ造巣性Schizotetranychusの2種を見いだし、ここでも雄どうしの激しい攻撃性があることを明らかにした。また、ススキスゴモリハダニの天敵への反撃行動について精査し、その効果はケナガスゴモリハダニと同程度であり、ここにも社会と反撃行動の共通した関係を認めるとともに、その効果が天敵種によって異なることも判明、これらの新知見は現在論文として一部公表済み(Yano et al.2011)、残りが投稿・審査中である。飼育実験を通じて、被食・捕食関係の解析を実施、社会性ハダニについてはその社会構造の詳しい分析をVTRを用いて実施、ケナガスゴモリハダニに「糸による巣の掃除行動」という社会行動を初めて発見し、生物学の国際メジャージャーナルに発表した。さらに、越冬メスの受精の有無が春世代の血縁度に与える影響を明らかにすべく、飼育実験および細胞学的観察によって検討を続けている。それに基づいて、個体間の血縁度など社会成立の主要パラメータの推定を試みるためのモデルを構築中である。春から来春にかけては、国内のスゴモリハダニよびその近縁種の野外調査を実施し、ハダニ類の採集、その生活史、生活型、巣を形成する個体の齢構成、また排出物処理行動を調査した。また同所性天敵類を採集し捕食行動を分析した。さらに、飼育実験を通じて、被食-捕食関係の解析を実施、社会性ハダニについてはその社会構造の詳しい分析をVTR等を用いて実施した。その結果、種毎に反撃行動に微妙な差があること、また生活史にも変異が認められることが分かった。それらの成果の一部を4編の論文として公表した。そのうちの1編はスゴモリハダニにみられるまったく新しい社会行動の発見となり、生物学の世界では5指に入る研究誌に公表することができ、ヨーロッパおよび国内のマスコミで報道され、また2011年度における世界生物学1000の研究の1つに選ばれるなど、高い評価を受けた。また、これまで行動が、天敵の作用で収斂した結果ではないかと考えられていた2種のスゴモリハダニの複数個体群についての系統分析を行ったが、これらがやはり2種であり、残念ながら捕食者によって引き起こされた短期的な適応変化ではないことが判明した。また、夏から冬にかけて、他種目研究で中国に3度渡航し、その研究の合間にタケやササ、ススキに寄生するハダニ類の野外調査を実施した。特に、タケ寄生のSchizotetranychusの1種にこれまでみたこともない特殊な造巣型の生活型を発見し、それも天敵からの防御行動の結果であることを明らかにできた。
NMRメタボロミクスによる畑作物の省力化育種・栽培技術開発のための基盤的研究

本課題では,NMRメタボロミクスを活用して病害発生がない初期生育の時期や器官部位における代謝マーカーを探索し,新たな育種・栽培技術の開発に資する基盤情報を蓄積することを目的とした。解析対象は我が国の基幹畑作物であるジャガイモおよびテンサイとした。ジャガイモについては,複葉中のクエン酸とギ酸の量比(クエン酸量/ギ酸量)を算出することによって,健全圃場およびそうか病汚染圃場の差異を精度よく検出できることを明らかにした。また,テンサイについては,定植後の生育初期(病原菌接種前)において、抵抗性弱品種と中以上の品種の間でGABAとグルタミン含量に違いがあることを明らかにした。本課題では、核磁気共鳴(NMR)法による代謝物の網羅的解析(メタボローム解析)を活用し、新たな育種・栽培技術の開発の可能性を検討することとなっている。解析対象はジャガイモのそうか病およびテンサイの褐斑病とし、植物体の代謝プロファイルを調べ、抵抗性の違いや圃場の特性を反映する代謝変動を明らかにすることを目的とする。平成27年度は、健全圃場およびそうか病汚染圃場で栽培したジャガイモを対象に、通常病徴の判断に使用されない地上部に着目してNMR法によるメタボローム解析を行った。その結果、そうか病汚染圃場で栽培したジャガイモの複葉抽出物にはギ酸(δ8.46 ppm)が多く、健全圃場で栽培したジャガイモの葉にはクエン酸(δ2.54 ppm)が多い傾向が見られた。さらに、複葉抽出物のクエン酸とギ酸の量比(クエン酸量/ギ酸量)を算出することによって、健全圃場及びそうか病汚染圃場の差異を精度よく検出できる可能性が示唆され、この成果について特許出願を行った(関山ら、「ジャガイモ作物体の生育状態診断方法」特願2015-109720、2015年5月29日)。また、褐斑病抵抗性の異なるテンサイの葉の代謝プロファイルとおよび生育ステージに伴う変化を明らかにした。当初の計画通りジャガイモおよびテンサイのメタボローム解析を実施し、ジャガイモそうか病に関連する代謝変化について、特許出願を行った。本年度は、NMRメタボロミクスによる畑作物の省力化育種・栽培技術開発のための基盤研究として、我が国の基幹畑作物であるテンサイの褐斑病抵抗性の違いと代謝形質との関係を調べた。褐斑病はテンサイ栽培において被害面積が最大の病害であり、抵抗性は圃場にて病原菌を接種し、葉に生じた病斑の進展度合いを継時的に観測することで評価する。接種試験前に代謝マーカーによる抵抗性の検定が可能になれば、育種の労力とコストの削減が期待できる。本年度は、幼苗期、生育初期(褐斑病菌接種前)、根部肥大期(褐斑病菌接種後)、病害進展期の4つの生育段階におけるテンサイの葉をサンプリングし、NMRによるメタボローム解析を行った。テンサイの葉の代謝プロファイルは生育段階の違いによって大きく異なり、生育の後半で糖類とベタインの増加が見られた。発病度を応答変数としてPLS回帰分析を行ったが、発病度と相関の大きい代謝物が見出せなかったため、代謝マーカーによる発病度の予測は難しいと考えられた。そこで、用いた品種・系統を抵抗の弱いグループと中程度以上のグループに分け、すぺてのNMR変数についてWelchの検定(有意水準5%)により有意差を調べた。その結果、生育初期の葉において、抵抗性弱品種と中以上の品種の間にGABAとグルタミン含量の違いが見られた.植物体の代謝変化がテンサイ育種の新たな指標となり得る可能性が示唆された。本研究課題では、NMRメタボロミクスを活用し、畑作物の省力化育種・栽培技術の開発に資する基礎データを蓄積することとなっている。褐斑病は我が国の基幹作物であるテンサイの栽培において被害面積が最大の病害であり、抵抗性は圃場にて病原菌を接種し、葉に生じた病斑の進展度合いを経時的に観測することで評価する。代謝マーカーによる抵抗性の検定が可能になれば、育種の労力とコストの削減が期待できる。我々は昨年度までに、テンサイの葉の代謝プロファイルが生育段階によって大きく変化すること、また、圃場に定植後の生育初期(褐斑病菌接種前)の葉において、抵抗性弱品種と中以上の品種の間にGABAとグルタミン酸含量の違いが見られることを報告した。そこで本年度は、テンサイの代謝変化について年次間差を確認し、さらなる省力化の可能性を検討すべく、圃場に定植する前の幼苗を用いた抵抗性の識別について検討した。解析には、2015年および2016年の栽培試験で得られた2年分の試料を用いた。生育段階による代謝プロファイルの違いについては、生育が進むにつれてコリンが減少し、糖類とベタインが増加する傾向が2年間を通じて確認された。幼苗における抵抗性の識別については、4月に播種した試料と5月に播種した試料の2種類を用いた。抵抗性の強い7品種と弱い4品種、計11品種の1H-NMRスペクトルを用いてOPLS判別分析を行ったところ、2年とも共通して、4月播種の試料で抵抗性の強弱でグループが分かれる傾向が見られた。この結果から、幼苗を用いた抵抗性の識別には、播種時期や生育環境が重要である可能性が示唆された。

引き続き、幼苗での褐斑病抵抗性にともなう代謝変化について解析を進めている。本課題では,NMRメタボロミクスを活用して病害発生がない初期生育の時期や器官部位における代謝マーカーを探索し,新たな育種・栽培技術の開発に資する基盤情報を蓄積することを目的とした。解析対象は我が国の基幹畑作物であるジャガイモおよびテンサイとした。ジャガイモについては,複葉中のクエン酸とギ酸の量比(クエン酸量/ギ酸量)を算出することによって,健全圃場およびそうか病汚染圃場の差異を精度よく検出できることを明らかにした。また,テンサイについては,定植後の生育初期(病原菌接種前)において、抵抗性弱品種と中以上の品種の間でGABAとグルタミン含量に違いがあることを明らかにした。引き続きジャガイモそうか病およびテンサイ褐斑病関連のメタボローム解析を実施し、年次間差異を検証するとともに、抵抗性の違いや圃場の特性などを反映する代謝物の同定を行う。テンサイ褐斑病抵抗性は温度や湿度、降雨量など気象の影響を強く受けるため、引き続き年次間差の調査を実施する。天然物有機化学テンサイのサンプリングについて、当初の予定よりも効率的なサンプリング方法を考案したため、見込んでいた消耗品費が不要となった。研究費を効率的に使用した結果生じた残額である本年度テンサイ褐斑病の追試験に加え、ジャガイモそうか病の関連の試験区を追加する。そのための栽培やサンプリングに必要な消耗品の購入に使用する。当初の計画では本年度はテンサイの試験を実施しない予定であったが、再現性確認と年次間差異の調査を行う。次年度使用額は、テンサイの栽培や輸送に必要な消耗品等の購入に使用する。
生活や農畜産活動から排出される化学物質をマーカーとした地下水の由来と汚染源の推定

マーカー候補物質を選定し、分析法を検討した、また、地下水試料中のマーカー候補物質の分析を行った。マーカー候補物質は、生活排水、家畜排せつ物、農地からの浸透水を特徴づけ、水溶性が高く、国内流通量の多い人工化学物質がふさわしい。そこで、生活排水には人工甘味料2種(スクラロース、アセスルファム)、家畜排せつ物には動物用医薬品3種(スルファメトキサゾール、スルファジミジン、スルファジメトキシン)、および農地からの浸透水にはネオニコチノイド系殺虫剤5種(ジノテフラン、アセタミプリド、クロチアニジン、チアクロプリド、イミダクロプリド)をマーカー候補物質に選定した。マーカー候補物質の分析法として、固相抽出/LC/MS/MS法を確立した。2018年8月から2019年1月にかけて、埼玉県の63地点で浅層(浅井戸)地下水試料を採取し、確立した分析法を用いて、地下水試料中のマーカー候補物質を分析した。地下水試料から、スルファジミジン、アセタミプリド、およびチアクロプリド以外の7種類のマーカー候補物質が検出された。マーカー候補物質の検出率は高いものから順に、アセスルファム(61/63)、スクラロース(50/63)、ジノテフラン(38/63)、クロチアニジン(21/63)イミダクロプリド(18/63)、スルファメトキサゾール(12/63)、スルファジメトキシン(2/63)となった。ジノテフランは農業地帯、特に埼玉県北部で濃度が高く検出される傾向にあり、農地の水が地下に浸透した結果、検出されたものと考えられる。ジノテフランは、農地からの浸透水のマーカーとして使用できる可能性が示唆された。人工甘味料や動物用医薬品については、周辺の施設(下水道の管きょ、浄化槽、畜舎)の有無等を踏まえたうえで解析を続け、マーカーとして利用できるか検証していく。マーカー候補物質を選定するとともに、分析法を確立することができた。スクラロースは、LC/MS/MS分析において、検出感度が悪い物質であることが知られているが、他のマーカー候補物質と同等程度の感度で分析できる方法を確立できた。更に、地下水試料から、マーカー候補物質が検出されることを確認し、硝酸性及び亜硝酸性窒素の汚染源の解析に利用可能か検証できる段階まで研究を進めることができた。各種発生源に係る水試料1020検体(下水流入水、畜舎排水、農地の排水等)を分析し、マーカー候補物質の濃度と組成を把握するとともに、LC/QTOFMSを用いて、他のマーカー候補物質の探索を行う。これらの分析は、当初の計画では2018年度に実施する予定であったが、採水スケジュールの調整に伴い、2019年度前半に実施することとした。新たに地下水試料(80試料程度)を採取し、マーカー候補物質の分析を行う。また、人工甘味料や動物用医薬品は、周辺の施設(下水道の管きょ、浄化槽、畜舎)の有無等を踏まえたうえで解析を続け、マーカーとして利用できるか更なる検証を行う。加えて、土壌バッチ試験を実施し、選定したマーカー候補物質の土壌吸着係数を算出する。

更に、地下水試料から、マーカー候補物質が検出されることを確認し、硝酸性及び亜硝酸性窒素の汚染源の解析に利用可能か検証できる段階まで研究を進めることができた。各種発生源に係る水試料1020検体(下水流入水、畜舎排水、農地の排水等)を分析し、マーカー候補物質の濃度と組成を把握するとともに、LC/QTOFMSを用いて、他のマーカー候補物質の探索を行う。これらの分析は、当初の計画では2018年度に実施する予定であったが、採水スケジュールの調整に伴い、2019年度前半に実施することとした。新たに地下水試料(80試料程度)を採取し、マーカー候補物質の分析を行う。また、人工甘味料や動物用医薬品は、周辺の施設(下水道の管きょ、浄化槽、畜舎)の有無等を踏まえたうえで解析を続け、マーカーとして利用できるか更なる検証を行う。加えて、土壌バッチ試験を実施し、選定したマーカー候補物質の土壌吸着係数を算出する。採水スケジュールの調整に伴い、2018年度に調査する予定であった各種発生源に係る水試料の分析を2019年度に行うこととなったため。繰越金はマーカー候補物質の分析に必要な消耗品の購入に充てる。
オゾンを用いた土壌改良

土壌を酸素プラズマで生成したオゾンによって処理した場合、土壌中の硝酸態窒素やアンモニア態窒素といった窒素栄養が増加することがわかった。また、土壌害虫である線虫に対するオゾンの効果が確認され、土壌中の線虫処理にオゾンが有効であることがわかった。また、実際のビニールハウス内の畝(11 m)を処理可能な移動式オゾン拡散処理装置を開発し、実証実験を行った。その結果、オゾン処理を施した畝で栽培した二十日大根、ほうれんそう、小松菜はコントロールに対して成長が促進されることが確認された。無機材質のみから構成される石英容器と高濃度オゾナイザを使って土壌を処理し、土壌特性(pH、有機物(元々含まれている土壌DNA)、アンモニア態窒素、硝酸態窒素、ミネラル、細菌)に対するオゾンガスの作用と経時変化および土壌中でのオゾンガスの拡散速度について調べた。オゾン処理により、土壌中の有機物の分解が進み窒素栄養であるアンモニア態窒素および硝酸態窒素は増加した。一方、土壌DNAやカビ、バクテリアは処理時間とともに分解されることがわかった。オゾン注入量がある閾を超えるとカビやバクテリアがほぼ存在しない殺菌状態に近くなることも確認できている。pHについては、オゾン処理直後に強い酸性を示すが、時間とともに回復することがわかった。約1週間程度で元のpHに戻ることがわかっており、植え付けのタイミングを最適化できる。上記のように、オゾン処理した土壌は、条件を最適化すれば、植物の育成に適した状態に変化する。よって、オゾン処理した土壌にえんどう豆や二十日大根を植えつけると、処理していない土壌に植えたコントロールサンプルに比べ、成長速度が速くなることがわかった。これは、根から吸収されるアンモニア態窒素および硝酸態窒素がオゾン処理により増加したためであると考えられる。オゾン処理により、植物の病気は抑制され、成長は促進されることから、農薬や化学肥料の使用量を軽減するための有効な手法の一つであると言える。前年度、石英チャンバーを用いたオゾンガスによる土壌処理において、植物にとって重要な栄養素である硝酸態窒素、アンモニア態窒素が有機物の分解により増加することが明らかとなっている。これを受けて今年度は、実際のフィールドに近いビニルハウス内での植栽実験を行った。ビニルハウス内の畝をオゾン拡散処理し、二十日大根、小松菜などを植栽した。オゾン拡散処理は、種まきの前に一回のみ施し、その後、収穫までは水やりのみ施した。追肥も行っていない。オゾン処理によって土壌中の硝酸態窒素とアンモニア態窒素が増加することを確認した後、二十日大根と小松菜の種を植え付けた。収穫時にコントロールサンプルと比較した結果、出芽率、葉の長さ・幅、茎の長さ、実の長さ・幅、重さ、全ての項目においてオゾン処理土壌に植えた植物の方がより成長していることがわかった。また、オゾン処理により葉の虫食い率も抑えられるという結果が得られた。また、オゾンによる線虫の処理について、基礎実験を行った。異なる濃度のオゾン水中での線虫の挙動を観察した。オゾン水の濃度が上昇すると、より早く線虫が死亡することがわかった。フィールド実験においても、基礎実験と同等の成果を得ており、おおむね順調に進展している。実際のビニールハウス内の畝(11mx1m)に対して、オゾン処理を施し、植栽実験を行った。植栽中の成育プロセスの観測と評価に引き続き、収穫後の重量や長さ、また葉の枚数等についても評価を行った。今回のオゾン処理では、11mの長さの畝を処理可能な移動式オゾン噴霧処理装置を開発した。土壌のオゾン処理方法については、攪拌しながら処理する方式と拡散により土壌表面を中心に処理するものがあるが、今回は後者の方式を採用した。オゾン拡散法式では、土壌深部への処理は難しいが、処理対象である土壌線虫等は表面近くに潜んでいること、また、播種も表面近傍であることから、本方式が最も効率的であると考えた。1つの畝をコントロールとし、オゾンドーズを変化させて2つの畝をオゾン処理し、3つの畝それぞれに、二十日大根、小松菜、ほうれん草を植え、その後の成長を観察した。植栽中の成長具合を真上からデジタルカメラで撮影し、2GーRーB値による成長評価方法について検討した。また、収穫後のトータル質量を各株ごとに測定した。オゾン処理を施した畝では、pHの低下がみられ、土壌中の窒素栄養は増加した。ほうれん草はアルカリ土壌を好むため、発芽率の低下が見られた、一方で、株毎の質量は増加した。小松菜、二十日大根に関しても、オゾン処理畝で栽培した方が、大きく育った。成育途中における2GーRーB値には大きな差異が見られ、収穫後の質量はコントロールの1.3倍程度であった。ベルマン法により抽出した線虫の数もオゾン処理畝では減少しており、消毒効果と肥料効果の両方が確認された。

オゾン処理は、殺菌だけでなく、窒素栄養生成にも寄与することがわかり、デメリットが少ないことから実験は予定通りに進捗している。次年度は、オゾン拡散処理の大面積処理技術について研究を行う。プラズマ工学基礎研究で、オゾンの土壌処理の有効性が確認できたので、実際のフィールド実験を予定している。ビニールハウスでの拡散オゾン処理と植育観察実験を行う。研究進捗状況が予定よりも少し遅れたため、購入予定物品を次年度に購入することとした。次年度に、当該年度に行うはずだった実験と次年度に予定している実験を進めるにあたり必要となる物品を購入する予定である。
学生の相互援助力を生かした、携帯メールによる全学生対象の学生相談システムの構築

学生が本来持つ相談力や相互援助力を引き出し、より良い適応を目指すために以下のように新たな取組を行った。1.全学生を対象とした相談室活動を目指した「メールを利用した相談プログラム」まず始めに全学生対象にUPI(大学精神健康調査)と学生相談に関するアンケート調査を実施し、学生の現状と相談室利用促進につながる要因を把握した。この結果と従来からの相談室での取組を併せて検討し、学生と相談室との関わりを類型化した。この類型に基づき、援助が必要なタイプの学生が相談室にアクセスしやくなるよう、学生相談室専用メールアドレスを用いたメーリングサービスを開設した。全体に向けて登録を促す活動を行うとともに、登録した学生には相談室からの連絡や学生からの相談予約など、双方向のやりとりが簡単にできる場を提供することが可能となった。2.日常生活場面での学生同士での心理的援助を可能にするための「対人関係の体験プログラム」専門科目・教養科目の講義の一部にピアヘルピングの知識や技術を導入し、日常生活場面の中で学生同士が互いの抱える心理的問題に気づき、援助することができるよう指導した。また、他者と関わることに対する構えや緊張を和らげるため、他者と直接関わる対人関係の体験プログラムを多く取り入れた。授業参加後の学生アンケートでは、授業で学んだピアヘルピングの知識技法は今後の自身にとって役立つと思う(75%)、日常生活での他者への援助に生かしたい(90%)という回答が得られた。また、ピアヘルパー資格取得のための放課後勉強会も開催し、同様な体験プログラムを行ったが、計5回の勉強会に毎回15名程の学生が自主的に参加し、受験しない学生も参加を希望するなど、学内のピアヘルピングへの意識を高める効果があった。受験した学生も従来より増加し、学内にピアヘルピングの実践者を育成することにつながった。
コンホメーション多形を含む結晶多形探索技術の開発

結晶多形は医薬品の効能や機能性材料の性能を決める大きな要因であるが,分子の化学式などから予測することは困難である.本研究では,我々が開発した結晶構造計算と配座空間探索の技術を応用し,コンホメーション多形を含む結晶多形構造の効率的かつ網羅的な探索技術を開発する. CCDCが主催する結晶構造予測(CSP)テストにおいて,これまで36%だった正答率を,本研究の開発システムにより67%にまで到達した.結晶多形は医薬品の効能や機能性材料の性能を決める大きな要因であるが,分子の化学式などから予測することは困難である.本研究では,我々が開発した結晶構造計算と配座空間探索の技術を応用し,コンホメーション多形を含む結晶多形構造の効率的かつ網羅的な探索技術を開発する. CCDCが主催する結晶構造予測(CSP)テストにおいて,これまで36%だった正答率を,本研究の開発システムにより67%にまで到達した.結晶多形は医薬品の効能や体内動態,および機能性材料の物性や性能などを決定付ける大きな要因の一つであるが,分子の化学式や化学構造情報だけから結晶構造や結晶多形を予想することは,未解決問題とされている.本研究では,我々が開発してきた結晶構造計算と配座空間探索技術を応用し,コンホメーション多形を含む結晶多形構造の効率的かつ網羅的な探索技術を開発する.ケンブリッジ結晶学データセンターが主催する結晶構造予測(CSP)ブラインドテストで提示された結晶構造に対して,正答率50%を超えることを目標にシステムを開発する.本研究では(1)結晶多形探索のための試行構造を生成するプログラムの開発,および(2)最適化した結晶構造間の重複を取り除いて新たな多形構造を判断するための空間群決定プログラムの開発と並列化,について実施した.ここで,(1)は,次の手順に従う:分子性結晶の80%以上を占める5種類の空間群について,十分に大きくとった三種類の格子軸a,b,cの各方向に対して結晶内分子が接するまで格子長を縮小する.この操作を,縮小する格子軸の順序を変えることで,様々な結晶構造を試行構造として生成する.(2)については,空間群決定プログラムPLATONを解析した結果,現時点ではこれを積極的に利活用する方が研究効率が高いと判断し,自動化と部分並列化に必要な改良だけを行った.結晶構造予測ブラインドテストのターゲット結晶構造15種類の予測が可能かどうかを確認するため,CONFLEXを用いて完全最適化を行った.その結果,全て99%の精度で結晶多形構造を再現できることを確認し,適切な結晶多形探索を行えば,正答率100%で予測可能であることを確認した.次に,結晶多形探索のための試行構造の生成アルゴリズムの検査を行った.既知のCSP結晶構造I,II,IV-Xの9種類についてテストした結果,少なくとも6種類の結晶多形は再現できることを確認し,その正答率は66%に達した.