hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲージ対称性の起源

本研究は、素粒子物理の基本法則を支配しているゲージ対称性の起源をさぐる目的で始められた。一般には、高エネルギー(Planckエネルギー)領域で極めて高い対称性が原理として要求され、それが低エネルギー領域でその対称性が自発的に破れを起し、4次元空間では我々の知る対称性を生み出していると考えられている。この時に機構はカルツア・クライン機構であるが、我々はそれに加えてBerry位相機構も働き、通常考えられているより複雑なゲージ対称性を生み出す可能性を検討してきた。H6年度には、6次元時空が4次元ミンコフスキー空間と2次元リーマン面に、カルツア・クライン機構によってコンパクト化した場合に、その機構で予想されるゲージ対称性のほかに、Berry位相機構によって余分の力学的ゲージ場が出現する機構を具体的に作成した。H7には、その出現機構が働く場合、ゲージ場がコンパクト化したリーマン面上で、どのように波動関数が定義されていなければならないかを解明した。答えは、リーマン面をおおう単連結な各パッチk(k=1,2,...)の上で定義され、そのパッチ接続部上でゲージ変換で継ぎ合わされていなければならない。誘導されたゲージ場はもとのU(I)ゲージ場の56次元成分がその自由度をになうことになる。この研究の過程で、宇宙を含むすべての相互作用をもつ統一理論のミニ模型として、通常の弦模型を2次元時空宇宙模型として解釈して直すと、非常に興味深い結論が得られることに気付いた。ここでは、宇宙は分岐、融合を繰り返し、分岐した島宇宙は安定した状態で存在し得る。これは量子宇宙論とその古典的極限の関係を検討する良い具体例になっている。本研究は、素粒子物理の基本法則を支配しているゲージ対称性の起源を問う目的で始められた。一般には、高エネルギー(Planckエネルギー)領域で極めて高い対称性が原理として要求され、それが低エネルギー領域では対称性の自発的破れの機構によって標準理論のような低い対称性に落ち着くとされている。しかし我々は逆に、高エネルギー領域で低い対称性をもつ理論も、時空のコンパクト化に伴って、4次元時空ではより高いゲージ対称性を生みだす機構が存在する事を指摘してきた。平成6年度の成果は、6次元時空において重力とU(1)ゲージ場を持つ理論が、Kaluza-Klein-機構によって4次元時空と2次元のRiemann面(genusをgとする)にコンパクト化された場合、4次元空間にはKaluza-Klein-機構によるゲージ対称性のほかに、Berry-位相機構によってより高次の対称性を持つゲージ場とそれらの運動エネルギー項が誘導されることを示した事である。特に簡単な場合は、g個のU(1)の直積群に対応するゲージ場が現れることを、全ての過程をあらわに計算する事によって具体的な理論を構成した。これらの誘導されたゲージ場は2次元のRiemann面上に誘導されたホロノミー場として理解される。一般には、ホロノミー場は4次元時空のスカラー場として現れるが、これらがベクトル場として振る舞う事の証明も重要な論点である。さらに現時点では、同じ時空模型から出発して、非アーベル群ゲージ場を誘導する機構の解明に取りかかっている。本件は、素粒子物理の基本法則を支配しているゲージ対称性の起源を問う目的で始められた研究で、本年(平成7年)度はその第2年目に当たる。昨年度は6次元時空において重力とU(1)ゲージ場の相互作用を持つ理論が、Kaluza-Klein機構によって4次元時空と2次元のRiemann面(Genus=g)にコンパクト化された場合4次元空間にはKaluza-Klein機構によるゲージ対称性のほかに、Berry位相機構によりさらに余分のゲージ場とゲージ対称性が発生すること、そしてその余分のゲージ場が力学的運動エネルギー項を生成する機構の解明を行った。本年(7年度)は、その理論をより一般化する目的で、(1)運動エネルギー項を生み出す幾何学的理由の追求と、

(2)コンパクト化する空間のGenusを大きくとることの可能性を追求した。(1)については、位相的に非自明な空間上における波動関数の一意性に関連して、いくつかの問題点を検討した。一般に、単連結でない空間は、幾つかの単連結なパッチを用いておおうことができ、波動関数は各パッチ毎に定義される。各パッチの接続区域では二つのパッチ上の波動関数はゲージ変換で結ばれている。この接続法を許すと一般に4次元時空にダイナミカルなゲージ場が誘発されることがわかった。(2)については、数学上の問題として解明された部分が多く、その物理的概念と非アーベルゲージ場との対応関係を検討している。尚この研究に関連して、宇宙の構造を含めすべての対称性が統一される模型の一つとして、通常知られている弦理論を2次元宇宙を記述する理論と解釈し直すと、たいへん興味深い2次元時空の安定な宇宙模型になっていることを発見し、その研究に取り掛かった。
象牙質形成時に出現する基質小胞の分離と,生活歯髄切断法への応用

骨端軟骨において、Bonucci(1967)、Anderson(1969)が基質小胞を発見して以来、多数の形態学的、生化学的研究がなされ、この構造物が初期石灰化時のイニシエーターとなることが解明された。本研究は、根尖部歯髄より基質小胞を分離し、in vitroの系で、基質小胞内に針状結晶の発現、成長が生じるか否かを検討し、この基質小胞を生活歯髄切断面へ応用することの可能性を探るものである。幼若ラット(6週令)の下顎切歯根尖部歯髄を摘出し細切ののち、コラゲネースで消化した。これを40,000xgで20分遠心すると細胞画分が沈殿し、その上清を300,000xgで10分間超遠心すると管底に微量の渇色の沈殿物を得ることができた。この画分を通法により電顕観察すると、単位膜で囲まれた種々の大きさの小胞構造物を多数認めることができた。次にこの画分の生化学的分析を行ったところ、マイクロゾームのマーカー酵素であるグルコース-6-ホスファテース活性は認められず、基質小胞の指標となるアルカリホスファテース活性は4.57±0.76Uであった。これらのことより、最終的に得られた画分は、生物学的活性を有する基質小胞であると結論される。さらに、基質小胞画分をATP含有Ca、P溶液中で5時間まで培養を行ったが、電顕的に、小胞のわずかな膨化を認めるのみで、針状結晶の発現をみることはできなかった。一方、コラゲネースで消化・分離した骨芽細胞をアスコルビン酸、β-グリセロリン酸を添加したダルベコのイーグル変法培地で培養(37°C,5%【CO_2】)すると、2週間以内に基質の石灰化が生じると報告(Nefussiら、1985)されているので、今後は、有機リン酸を含有した培養液中で、細胞培養に準じた条件で基質小胞を培養し、基質小胞性石灰化を再現する計画である。このことによって、生活歯髄切断面への基質小胞応用に関する基礎データを得ることが可能と思われる。
カンボジアにおける妊産婦期からの口腔保健指導が乳歯う蝕予防に与える影響

カンボジアは乳歯う蝕が深刻な国の一つであり、乳歯う蝕予防対策の確立が急務である。本研究は、カンボジアにおける妊産婦期からの口腔保健指導介入が、妊産婦の口腔保健に対する意識や行動ならびに妊産婦・児の口腔内状況与える影響を検討することを目的としている。平成30年度は、1対象者のベースライン調査、その後、2介入群(口腔保健指導群)と対照群に分けて、各群の追跡調査を実施した。対象者は、カンボジアのコンポンチャム州・クポッタゴン地区在住の1歳および2歳の幼児128名である(男子: 69名女子: 59名平均月齢: 22.98 ±7.68か月)。対象者のう蝕罹患状況は口腔内診査で診断し、う蝕歯数はdftスコア用いた。関連要因(社会的背景、生活習慣)は質問紙を用いて、養育者のインタビューにて調査した。データ集計後、対象者のう蝕罹患状況と要因の関連性について統計的分析を行った。対象者のう蝕罹患率は50.0%、dftスコアは2.46±3.08であり、全てのう蝕歯は未処置であった。また、ロジスティック回帰分析により、1歳児では、夜間授乳、2歳児では、日中の授乳、夜間授乳、哺乳瓶の使用、1歳までの歯みがき習慣が乳歯う蝕罹患に影響を及ぼす関連因子であることが明らかになった。本研究の結果から、対象者の乳歯う蝕罹患率は高い傾向にあり、生活習慣の改善を含めた早期からの乳歯う蝕予防に取り組む必要があることが示唆された。今年度は、対象者の追跡調査を行う予定であった。しかし、昨年度に保健センターの選定を行う際、州保健局、保健行政区の承認が必要であり、現地スタッフにトレーニングを行う際にも、先方とのスケジュール調整に時間を要したため、ベースライン調査が今年度にずれ込んでしまった。現地スタッフとの協力により、研究体制が確立された。今後は、現地スタッフと上手く調整しながら追跡調査を進める予定である。本研究は、カンボジアにおける妊産婦期早期からの口腔保健指導介入が、妊産婦の口腔保健に対する意識や行動ならびに妊産婦・児の口腔内状況与える影響を検討することを目的としている。平成29年度は、1調査対象となる保健センターの選定、2妊産婦および母親へ行う質問紙票の作成、3保健センタースタッフへの口腔保健指導トレーニングを実施した。調査場所は、カンボジア・コンポンチャム州・ストゥントロン保健行政区内の保健センターが管轄する数か所の村を選定した。質問紙票は、申請者が英語で作成したものを、現地スタッフにがカンボジア語に翻訳した。その後、数人の妊産婦および母親に対してプレインタビューを実施し、質問項目、内容における整合性の確認を行った。口腔保健指導トレーニングは、3日間、2回に分けて行なった。前半は、歯科保健に対する基礎を中心とした講義、後半は数組の母親と乳児に対して口腔清掃、栄養指導の実習を中心に行い、保健センタースタッフ内でフィードバックを行った。その後、トレーニング前後で口腔保健に関する小テストを行い、理解度を比較したところ、スタッフ全員における口腔保健に対する知識は有意に向上していた。平成30年度は、対象者のベースライン調査を行う。ベースライン調査終了後、口腔保健指導群(介入群)、対照群に分け、追跡調査を行う予定である。今年度は、保健センタースタッフトレーニング終了後、対象者のベースライン調査を行う予定であった。しかし、保健センターの選定を行う際、州保健局、保健行政区の承認が必要であり、保健センタースタッフトレーニングを行う際にも、先方とのスケジュール調整に時間を要した。

しかし、昨年度に保健センターの選定を行う際、州保健局、保健行政区の承認が必要であり、現地スタッフにトレーニングを行う際にも、先方とのスケジュール調整に時間を要したため、ベースライン調査が今年度にずれ込んでしまった。現地スタッフとの協力により、研究体制が確立された。今後は、現地スタッフと上手く調整しながら研究を進める予定である。今後は、現地スタッフと上手く調整しながら追跡調査を進める予定である。研究フィールドの選定を行う際、先方(カンボジア)の承認を得るまで時間を要した。そのため、先方との打ち合わせで当初の計画より多く現地に赴くことになり、旅費による次年度使用額が生じた。2018年度は、採択された外部資金の新潟大学国際学会参加支援事業のから学会費、旅費を支払うことができたため、次年度への繰り越し使用額が生じた。
逆エスチャリー循環が閉鎖性内湾の水環境に及ぼす影響について

本研究は,鹿児島湾湾口部に出現する「上層流入,下層流出」の残差流パターンの形成メカニズムを明らかにすることを主要な目的としており,平成19年度,成層期を対象に湾口の流況について現地観測を実施した.この結果を用いて,平成20年度には,観測結果の解析を行った.残差流の鉛直分布の構造と湾軸方向のバロクリニック圧の水平勾配とが同一の分布パターンを示すことから,鹿児島湾湾口部において夏季に出現する「上層流入,下層流出」の残差流は密度流であることが確認できた.また,このような密度流は,黒潮フロントが鹿児島湾湾口部に接岸し,湾口の水温が上昇することがトリガーとなっていることが分かった.さらに,観測結果に基づいて,黒潮フロントの影響が最も顕著に現れる混合期を対象に3次元流動数値シミュレーションを実施した.また,西桜島水道においてADCPを用いた定点観測を5ヶ月間にわたって実施し,同地点での海水交換機構の解明ならびに数値シミュレーションの妥当性の検証に活用した.以上の結果,構築した数値モデルは,流れの観測結果を良好に再現できること,また,「上層流入,下層流出」の残差流は黒潮の接岸によって生じる密度流であることが確認できた.残差流は海水交換を支配する流動であるため,本研究により,閉鎖性海域の水環境の保全のために重要な科学的知見が得られたものと考えている.さらに,平成20年度には,湾奥部における水質とプランクトン相の観測を行った.得られた結果は,鹿児島湾において発生する有害赤潮シャトネラ・マリーナの出現の定量評価等に役立てられている.本研究では,鹿児島湾を研究対象として取り上げ,(1)同湾で発生している可能性のある「表層流入,底層流出」という残差流パターンの発生メカニズムを明らかにすること,さらには(2)同湾の環境容量を算定するとともにこのような流動パターンが湾内の水環境に及ぼす影響を定量的に評価することを目的としている.これまでと同様に月に1度の割合で,ADCPによる湾口部の流れの横断構造を観測するとともに,本年度は,鹿児島湾湾口部の2地点に流速計を計8機係留し,成層期の約2ケ月間にわたり定点での流況観測を実施した.この結果,成層期において,「表層流入,底層流出」という残差流パターンが実際に存在することが確認された.また,風,河川流量,黒潮の運動量,外海と内湾との間の水温の違いなどの外力と流動パターンとの相関関係を明らかにした.現状では,「表層流入,底層流出」発生メカニズムを完全に説明するまでには至っていないが,黒潮の接岸により外海では表層水温が比較的安定しているのに対し,湾内では,数日間日射量が減少すると湾内の表層が冷却され,この結果,湾口から湾奥にかけての密度成層のバランスが崩れて密度流として上記残差流が生じている可能性が示された.現在,数値シミュレーションを実施中であるが,現地観測結果を検証データとして計算結果をまとめることにより,上記の推定の検証が可能となると考えている.さらに流動と湾内の水質との関係を明らかにするために,多項目水質計や採水の分析による水質観測も実施している.本研究は,鹿児島湾湾口部に出現する「上層流入,下層流出」の残差流パターンの形成メカニズムを明らかにすることを主要な目的としており,平成19年度,成層期を対象に湾口の流況について現地観測を実施した.この結果を用いて,平成20年度には,観測結果の解析を行った.残差流の鉛直分布の構造と湾軸方向のバロクリニック圧の水平勾配とが同一の分布パターンを示すことから,鹿児島湾湾口部において夏季に出現する「上層流入,下層流出」の残差流は密度流であることが確認できた.また,このような密度流は,黒潮フロントが鹿児島湾湾口部に接岸し,湾口の水温が上昇することがトリガーとなっていることが分かった.さらに,観測結果に基づいて,黒潮フロントの影響が最も顕著に現れる混合期を対象に3次元流動数値シミュレーションを実施した.また,西桜島水道においてADCPを用いた定点観測を5ヶ月間にわたって実施し,同地点での海水交換機構の解明ならびに数値シミュレーションの妥当性の検証に活用した.以上の結果,構築した数値モデルは,流れの観測結果を良好に再現できること,また,「上層流入,下層流出」の残差流は黒潮の接岸によって生じる密度流であることが確認できた.残差流は海水交換を支配する流動であるため,本研究により,閉鎖性海域の水環境の保全のために重要な科学的知見が得られたものと考えている.さらに,平成20年度には,湾奥部における水質とプランクトン相の観測を行った.得られた結果は,鹿児島湾において発生する有害赤潮シャトネラ・マリーナの出現の定量評価等に役立てられている.
離散可積分系による連分数計算とその回路同定とBCH-Goppa復号法への応用

Caratheodoryの補間問題などに登場するPerronの連分数についてはChebyshev連分数のqdアルゴリズムに相当する計算量O(N^2)の連分数展開算法は知られていなかった.これに対して,まず,単位円周上の直交多項式の理論を基礎として,直交多項式の3項漸化式をLax表示とする新しい可積分系Schurフローを導出し,その差分化によって離散時間Schurフローの漸化式を与えた.さらに,離散時間SchurフローによるO(N^2)の計算量のPerron連分数展開アルゴリズムと代数方程式の零点計算アルゴリズムを定式化した.これにより,1)古典直交多項式-Chebyshev連分数-Toda方程式,2)単位円周上の直交多項式-Perronの連分数-Schurフローという対応図式が完成した.Thronの連分数の計算アルゴリズムの開発にも取り組んだ.まず,双直交多項式の3項間漸化式をLax表示とする可積分系である相対論戸田方程式に注目し,その可積分な離散化によって離散時間相対論戸田方程式のタウ関数解を見い出した.さらに,このタウ関数解の漸化式を用いて,Thronの連分数をO(N^3)の計算量で計算する連分数展開アルゴリズムを定式化した.従来,Thronの連分数については離散可積分系に基づく算法は知られていなかった.通常のFGアルゴリズムでは分母が零となり計算できない場合でも本アルゴリズムによって連分数が求められることもわかった.また,第2種Painleve方程式PIIの解のBacklund変換をLax対の両立条件としで表し,さらに,Lax対のひとつを直交多項式の3項間漸化式とみて,直交多項式に関連した連分数の係数がBacklund変換により相互に代数的に結ばれることを示した.この連分数がAiry関数のLaplace変換の連分数展開を与えることを証明した.Caratheodoryの補間問題などに登場するPerronの連分数についてはChebyshev連分数のqdアルゴリズムに相当する計算量O(N^2)の連分数展開算法は知られていなかった.これに対して,まず,単位円周上の直交多項式の理論を基礎として,直交多項式の3項漸化式をLax表示とする新しい可積分系Schurフローを導出し,その差分化によって離散時間Schurフローの漸化式を与えた.さらに,離散時間SchurフローによるO(N^2)の計算量のPerron連分数展開アルゴリズムと代数方程式の零点計算アルゴリズムを定式化した.これにより,1)古典直交多項式-Chebyshev連分数-Toda方程式,2)単位円周上の直交多項式-Perronの連分数-Schurフローという対応図式が完成した.Thronの連分数の計算アルゴリズムの開発にも取り組んだ.まず,双直交多項式の3項間漸化式をLax表示とする可積分系である相対論戸田方程式に注目し,その可積分な離散化によって離散時間相対論戸田方程式のタウ関数解を見い出した.さらに,このタウ関数解の漸化式を用いて,Thronの連分数をO(N^3)の計算量で計算する連分数展開アルゴリズムを定式化した.従来,Thronの連分数については離散可積分系に基づく算法は知られていなかった.通常のFGアルゴリズムでは分母が零となり計算できない場合でも本アルゴリズムによって連分数が求められることもわかった.また,第2種Painleve方程式PIIの解のBacklund変換をLax対の両立条件としで表し,さらに,Lax対のひとつを直交多項式の3項間漸化式とみて,直交多項式に関連した連分数の係数がBacklund変換により相互に代数的に結ばれることを示した.この連分数がAiry関数のLaplace変換の連分数展開を与えることを証明した.平成12年度は本科研費の援助のもとで,2件のパソコン購入,15件の研究発表と研究打ち合わせ国内出張,1件の外国人研究者のレビューのための国内滞在を行った.以上の研究活動へのサポートを感謝する.この研究課題に関連して平成12年度には次の進展があった.Carathe\′odoryの補間問題などに登場するPerronの連分数についてはQDアルゴリズムに相当する計算量O(N^2)の算法は知られていなかった.向平と中村は,単位円周上の直交多項式の理論を基礎として,直交多項式の3項漸化式をLax表示とする新しい可積分系Schurフローを導出し,その差分化によって離散時間Schurフローの漸化式を与えた.さらに,向平と中村は,離散時間SchurフローによるO(N^2)の計算量のPerron連分数展開アルゴリズムと代数方程式の零点計算アルゴリズムを定式化した.これにより,1)古典直交多項式-Chebyshev連分数-Toda方程式,2)単位円周上の直交多項式-Perronの連分数-Schurフロー,という対応図式が完成した.また,辻本,中村,岩崎は,対称な測度の定めChebyshev連分数展開に対応する有限Lotka-Volterra方程式の差分化により,行列の特異値の新しい計算アルゴリズムを定式化した.タウ関数解の漸近挙動により特異値への収束が理論的に証明された.

また,岡崎はThue方程式ax^3+bx^2y+cxy^2+dy^3=1の整数解の構造について調査をした.特に,左辺の判別式が正の場合について整数解が7個以下になることを"\log_{}"-平面上の連分数を使ったが,この連分数の性質を調べるために,本科研費で購入したパソコンiBookとiBookに付属の高速のグラフ電卓を用いて大量の計算を行った.平成13年度は本科研費の援助のもとで,11件の研究発表と研究打ち合わせ国内出張,1件の外国人研究者のレビューのための国内滞在を行った.具体的には,中村研究室主催の「関西可積分系セミナー」を平成13年度は9回,平成13年7月2日4日京都大学数理解析研究所で「可積分系研究における双線形化法とその周辺」研究集会を開催した.この研究課題に関連して平成13年度には次の進展があった.中村のグループでは,前年度の離散時間SchurフローによるPerronの連分数のO(N^2)の計算量の連分数展開アルゴリズムの定式化に続いて,Thronの連分数の計算アルゴリズムの開発に取り組んだ.まず,双直交多項式の3項間漸化式をLax表示とする可積分系である相対論戸田方程式に注目し,その可積分な離散化によって離散時間相対論戸田方程式のタウ関数解を見い出した.さらに,このタウ関数解の漸化式を用いて,Thronの連分数をO(N^3)の計算量で計算する連分数展開アルゴリズムを定式化した.従来,Thronの連分数については離散可積分系に基づく算法は知られていなかった.通常のFGアルゴリズムでは分母が零となり計算できない場合でも離散時間相対論戸田方程式の方法で連分数が求められることもわかった.また,中村は,第2種Painleve方程式P_2の解のBacklund変換をLax対の両立条件として表し,さらに,Lax対のひとつを直交多項式の3項間漸化式とみて,直交多項式に関連した連分数の係数がBacklund変換により相互に代数的に結ばれることを示した.一方,中山は正規分布の裾野の確率を示す誤差関数を精度良く上下限から評価する不等式について研究した.誤差関数の連分数を変形連分数として加速する変形因子を考察し,微差分Burgers方程式の近似解とTaylor展開や変形因子の高階微分に対する不等式などを利用して誤差関数の評価不等式を与えることに成功した.平成14年度は本科研費の援助のもとで,1件のパソコン購入,13件の研究発表と研究打ち合わせ国内出張,1件の国際会議発表のための海外出張を行った.具体的な研究活動としては,公開の「関西可積分系セミナー」を合計6回開催した他,平成14年8月30日京都大学にて「Workshop of Digital Signal Processing and Chaotic Dynamics 2002」を開催した.この研究課題に関連して平成14年度には次の進展があった.まず,前年に,第2種Painleve方程式の解のBacklund変換(離散Painleve方程式)をLax対の両立条件として表し,直交多項式に関連した連分数の係数がBacklund変換により相互に代数的に結ばれることを示したが,この方向の研究を進めて,この連分数がAiry関数のLaplace変換の連分数展開を与えることを証明した.有限連分数の係数は梯子型LC回路の回路定数とみなせる.さらに,このPainleve方程式の有理関数解に対するBacklund変換とPainleve方程式のHamiltonianにより,有理関数のLaplace変換の連分数展開を得た.また,同様に,第4種Painleve方程式のHermite-Weber関数解に基づいて,Hermite多項式のLaplace変換の連分数展開を導出した.これらの連分数の係数は,微分積分計算ではなく,代数演算のみで計算される.
延髄に存在する神経幹細胞の機能解析

成体脳における神経幹細胞の機能は、脳部位に固有のものである。よって、申請者が発見した延髄における神経幹細胞の存在は、既知の3部位とはまったく異なる機能を持つと考えられる。しかし、延髄における神経幹細胞の機能については全く研究報告がない。よって、延髄における神経幹細胞の機能を明らかにすることは、成体脳における神経幹細胞研究の“4番煎じ"ではなく学術的独自性と独創性が高いものである。損傷時に、延髄の神経幹細胞が新しい細胞を供給し、機能回復に寄与することを解明することが出来るならば極めて学術的独自性と独創性が高い研究となる。
鉄呼吸によるバイオリーチング

本研究では,鉄酸化細菌が第二鉄イオンを第一鉄イオンに還元するという鉄呼吸にyru硫黄及び黄鉄鉱の酸化機構の解明を行い,鉄呼吸によるバイオリーチング反応を検討することを目的として行われ,以下の知見を得た。1. Thiobacillus ferrooxidansの標準株であるATCC23270株,旧松尾鉱山排水処理場起源の鉄基準集積培養菌から単離したT23-3株および集積培養菌のいずれにおいても,嫌気条件下での鉄呼吸により硫黄を酸化し,二酸化炭素を用いて増殖することが確認された。2.鉄酸化細菌から鉄酸化酵素を除いた構造をもつ硫黄酸化細菌T. thiooxidansは,嫌気条件下では,第二鉄イオンが存在しても硫黄の酸化を行わないことから,鉄酸化細菌のもつ鉄酸化酵素が鉄呼吸に関与しているものと推定された。3.鉄酸化細菌の鉄呼吸による硫黄の酸化は,pH1.2以下では進行しなかった。4.鉄基質集積培養菌の鉄呼吸による黄鉄鋼の酸化は,初期pH2.0において,反応が進行し,また,細菌の増殖も確認された。そのときの培養液の最終的なpHは,約1.4であった。一方,初期pHを1.5とした場合,鉄呼吸による黄鉄鋼の酸化は認められなかった。本実験の場合,培養液のpHは,約1.2まで低下しており,鉄呼吸が働かなかったのは,培養液のpHによるものと推定される。5.以上のことより,嫌気条件下においては,pH1.4以上の条件であれば,鉄酸化細菌は鉄酸化酵素を用いて第二鉄イオンを第一鉄イオンに還元し,硫黄や黄鉄鋼を酸化するという鉄呼吸を行う。
胃がん腹膜播種に対する新しい免疫細胞を用いた治療開発

本研究はインターロイキン-18(IL-18)のがん治療への応用の可能性を探るために行われた。近年PD-1, PD-L1などの免疫・炎症を抑制する分子を標的とした免疫チェックポイント阻害薬が臨床で使われるようになり、その治療効果の増強、副作用の低減などを目的とする研究が求められるようになった。我々は動物モデルを用いてIL-18が免疫チェックポイント阻害薬の効果を強く増進させることを観察し、IL-18の作用機序として、IL-18がNK,CD8陽性T細胞などエフェクターリンパ球の増殖や機能を顕著に高める一方、Tregを減少させることを示し、がんの免疫治療における有用性を示した。胃がんの腹膜播種に対してはあまり有効な治療法が確立されていない。この研究ではリンパ球などを対象とした免疫治療の有効性について調べている。腫瘍組織へのリンパ球の浸潤はよく観察されているが、癌細胞を破壊するような機能を持ったものではなく炎症抑制作用を持つようなもの(regulatory cell)である可能性が高い。腫瘍抗原に特異的な免疫治療として樹状細胞を用いたワクチン療法も試みられているが、明確な治療効果は得られていない。本研究では自然免疫を対象としてIL-18を用いて、腫瘍細胞を破壊する、γδT,メモリーCD8陽性Tリンパ球(effector cell)の効果的な誘導、増殖の方法を探っている。1.これまでの研究からヒトIL-18とIL-2などの増殖因子を用いてヒト末梢血細胞を刺激し、増殖させた、CD5^<6bright>CD11^c+のヒトNK細胞様リンパ球がCD8陽性Tリンパ球やγδTリンパ球のような強い抗腫瘍作用を持つ細胞を著しく増殖させることを見出し、論文として投稿したが、未だ受理されていない。2.またこのNK様細胞はNK細胞の分化過程の中間細胞であることを確認し、NK細胞が炎症反応の開始と終息など炎症の制御に重要な役割を持っているのではないかという主旨の論文を作成している。3.マウスの樹立胃がん細胞が見当たらないため、マウス大腸がん細胞や卵巣がん細胞を用いて腹膜播種モデルとして実験を行っているが、抗CTLA抗体とIL-18との組み合わせ投与が強い治療効果を示すことを見出し、その機序解明を試みている。一方ではヒト胃がん細胞を移植した免疫不全マウスに上述の、IL-18で増殖させたNK様細胞、CD8陽性細胞、γδT細胞などのリンパ球を移入して治療効果を見ることを計画している。当該研究はインターロイキン18(IL-18)の癌治療への応用の方法を開発することを主な目的としている。近年、免疫/炎症反応を抑制するリンパ球や表面抗原を標的とする癌の免疫治療が実用化され、有望な成績が得られたという報告が相次いでいる。この治療法は癌細胞を傷害する細胞の持続的な増殖と機能の維持をもたらすものであるが、自己免疫様の病態などの副作用も伴うもので、改良の余地や効果拡大の余地があると考えられる。24年度の研究では活性化されたNK細胞、CD8陽性細胞、γδT細胞の生存、増殖をIL-18が著しく高めることを確認し、報告した。25年度はこれらの細胞の中で特に、ヒトNK細胞のうち、ヘルパー機能を持ったCD56brightCD11c+のNK細胞がIL-18によって誘導されること、この細胞がCD8陽性T細胞、γδT細胞の増殖や機能分化を誘導すること、その誘導に単球が重要な役割を持つことなどを明らかにし、さらにこのヘルパーNK細胞の誘導機序について解析した(Li, et al. PLoS ONE,2013)(Sugie etal.CancerImmunol. Immunother、2013).これらの実験結果は最近実用化された抗体による癌の免疫治療の効果拡大にIL-18が使える可能性を示している。実際マウス大腸がん細胞CT26を腹腔内移植したマウスを用いて、抗CTLA4抗体や抗PD-L1抗体とIL-18とを組み合わせて治療すると抗体単独による治療に比べてはるかに強い抗腫瘍効果を示した。抗体のみで治療した場合、延命効果はあるが5ー6週間で死亡したのに対して、IL-18と抗体との組み合わせで治療した場合は観察している限り腹水もなく、健康に経過した。この時のIL-18の作用機序についての解析も終わり、現在論文作成に当たっている。本研究はIL-18の癌治療への応用の方法を開発することを主な目的としている。インターロイキン18(IL-18)はNK細胞、CD8陽性細胞、γδT細胞などの抗腫瘍作用を持つリンパ球(エフェクターリンパ球)の活性化と増殖を著しく促進する。このような特性を持つIL-18は近年臨床応用が承認されたimmune checkpoint blockade antibody(免疫チェックポイント阻害薬)のような腫瘍の免疫治療薬と併用することによってその治療効果を高めることが予想される。免疫チェックポイント阻害薬の作用機序の一つは、腫瘍細胞を傷害するCD8陽性細胞、NK細胞、γδT細胞などのエフェクター細胞の増強や持続性を高める事にあると思われるので、IL-18の作用と相まってそれらのエフェクター細胞をいっそう増強、持続させる事が期待されるからである。本研究ではマウスの腫瘍モデル(CT大腸がん細胞を用いた腫瘍腹膜播種モデル、およびB16メラノーマ細胞による肺転移モデル)において、免疫チェックポイント阻害薬である抗CTLA

4抗体や抗PD-L1抗体とIL-18とを組み合わせて治療すると抗体単独による治療に比べはるかに強い抗腫瘍効果を示す事が明らかになった。機序としてはIL-18が自然免疫リンパ球を増強する事、獲得免疫には自然免疫が大きな影響を持つ事から、IL-18が腫瘍に対する自然免疫、獲得免疫の両方を高める事が考えられた。IL-18の作用について、分子レベル、細胞レベルでの解析も行っており、IL-18は様々な細胞においてオートファジーの機序に関与しており、細胞における代謝の調節において重要な役割を持つ事が示唆された。なお、以上の結果は論文にまとめて投稿したが、現在リバイス中である。一方IL-18の治療応用に関しては特許を申請した。また国際特許の申請についてはJSTの支援が得られることが内定している。本研究はがんの免疫治療に対するIL-18の応用の可能性を探ることと、その効果の裏付けとなるIL-18の作用機序を解明することである。IL-18はがん細胞を傷害するエフェクター細胞であるCD8陽性T, NK, γδT細胞の生存、増殖を著しく増強することからがん免疫チェックポイント阻害薬(以後、阻害薬と省略)と併用することによって抗がん作用を高めることが予想された。実験ではマウス大腸がん細胞CT26,黒色腫細胞B16,乳がん細胞4T1などによるがん腹膜播種モデル、肺転移モデルなどを作成し、抗CTLA4抗体、抗PD-L1抗体などの阻害薬とIL-18とを、さまざまな濃度、タイミング、組み合わせで投与し、腫瘤の大きさ、腹水の貯留、肺における結節の数、生存などに与える効果について観察した。一方、腹腔浸出細胞の数、種類、機能などについて解析を行い、抗がん作用に関与する細胞について検討を行った。その結果、IL-18は阻害薬の効果を著しく高め、がん腹膜播種モデルではマウスの生存を顕著に延長させた。B16黒色腫細胞を用いた肺転移モデルにおいても、肺における結節の数を強く抑制した。IL-18の作用機序については不明のことが多いが、腹膜播種モデルにおいて腹腔浸出細胞について解析を行ったところ、IL-18との併用によってCD8陽性T細胞、NK細胞、γδT細胞などのリンパ球が著しく増加していた。また逆にTregは減少していた。このようにIL-18は免疫チェックポイント阻害薬との併用によって著しくその治療効果を高めるとともにその投与量を少なくする効果を持つことがわかった。その機序としてはIL-18がエフェクター細胞を著しく増強する働きを持ち、Tregを抑制すること、副作用を軽減することなどが考えられた。これらの結果はがんの免疫治療におけるIL-18の有用性を示しており、Clin Cancer Res.に掲載された。近年開発された免疫チェックポイント阻害薬が黒色腫、肺がんなどのがん免疫治療に用いられるようになり、大きな期待が寄せられている。この治療薬はがん治療における大きなブレークスルーとなっているが、その効果は限定的であること、高率に副作用としての有害事象が現れること、極めて高価であることなどから改良の余地が多く残されている。この研究ではIL-18との併用によって免疫チェックポイント阻害薬の効果を高めその投与量を減らし、有害事象を軽減させることが強く示唆された。
SEREX法とFACS法を融合させた新手法による神経免疫疾患の網羅的自己抗体検索

本研究の目的は、神経免疫疾患の中には自己抗体による発症機構が想定されるものの、自己抗体とその認識抗原が同定できないケースが数多く存在するため、それらの自己抗体の認識抗原を同定することであり、そのためにはまず自己抗体とその認識抗原が同定できていないが自己免疫疾患が疑われるケースの選定とそれらのケースの検体の収集が必要である。ついでglioma患者脳由来cDNAライブラリーおよび血管内皮細胞由来cDNAライブラリー、さらに市販の脳由来cDNAライブラリー(プラスミドDNA)を組換えるための準備としてinternal ribosome entry site(IRES)ベクターを入手した。本来、今年度中に組換え作業は完了しているはずであったが、完了しなかった。これは血清の確保において、多数の疾患を取り扱うために膨大な検体からの収集が容易でなく、さらにその臨床情報の収集も疾患が多岐にわたるため、非常に時間がかかる作業となったことによる。まず、保有しているglioma患者脳由来cDNAライブラリーおよび血管内皮細胞由来cDNAライブラリー、さらに市販の脳由来cDNAライブラリーに組み込まれたタンパク質をコードする遺伝子を制限酵素により切り出し、哺乳類細胞用のベクターであるIRESベクターに組み換える。さらに対象疾患により、それに対応する標的臓器から、例えば抗ACh受容体抗体・抗MuSK抗体陰性の重症筋無力症患者由来IgGの標的抗原探索では筋組織から上図のようにmRNAを抽出し、cDNAライブラリーを作製する。次いでIRESベクターに組み換えられたcDNAライブラリーをHEK293細胞に導入するさらに遺伝子を組み込みタンパク質をその表面に発現したHEK293細胞に患者血清、髄液IgGを反応させた後、蛍光標識した抗ヒトIgG抗体を反応させ、フローサイトメーターで陽性細胞を同定し、当該疾患、正常対照、疾患対照の多数症例で抗体保有の有無を検討し、当該疾患特異的な抗体であることを確認する。また、回収された細胞からDNAを抽出し、ベクター由来のプライマーを用いるPCRによりcDNA領域を増幅し、塩基配列を解析して標的抗原を同定する。同定された抗原タンパク質の三次元構造解析をX線結晶解析ならびにNMRを用いて行い、エピトープ領域を絞り込む。さらにその抗原タンパク質を用い、AlphaLISAで多数検体を用いて、確かに当該疾患で高い抗体価を有する患者が多いことを確認するとともに、抗原タンパク質をマウスに免疫し、疾患のマウスでの再現に取り組む。臨床的な変化に加え、病理学的な変化の有無を検討する。研究の進捗が遅れており予定していた試薬等の購入を次年度以降で行うことにしたため。
麻ひ性貝毒原因渦鞭毛藻が分泌する魚介類斃死活性タンパクに関する研究

麻ひ性貝毒(PSP)原因渦鞭毛藻による魚介類斃死の機構を明らかにする目的で、まずアルテミアを指標生物として斃死におけるPSP成分の寄与を調べた。その結果、Alexandrium catenellaなどのPSP毒性は増殖適環境下では著しく低下すること、PSP毒性がほとんど認めらない場合でも斃死が起こること、さらに斃死活性はPSP毒性の低い生長の対数期に最も高い点などから、斃死の主因はPSP成分以外の成分であることが明らかになった。次に、A. tamarense, A. catenella, A. minutumの培養ろ液について斃死原因物質の検索を行った。その結果、いずれの種においても分子量1万以上および以下の両方の画分に蜷死活性が確認された。低分子物質画分について検討を加えた結果、斃死を引き起こす物質は数種類存在すること、そのうちの一部は高度不飽和脂肪酸やグリコリピドであることなどが明らかになった。これらの成分は強い溶血活性を示し、斃死は細胞毒性作用によると考えられた。一方、高分子画分の活性は熱処理やタンパク分解酵素処理で消失することから、タンパク性物質の関与が予測された。そこで、高分子画分をゲルろ過および陰イオン交換クロマトによってさらに分画し、活性成分の単離を試みた。その結果、この場合も複数の成分にアルテミア致死活性を認めた。そのうち、分子量が100Kda以上の成分は溶血活性を有していた。一方、分子量約25Kdaのタンパクにも活性を認めることが出来た。本成分は溶血活性を示さず、また本成分によるアルテミアの斃死は著しく急性であったことから、本成分は神経性の毒性を有するものと考えられた。以上、、研究の結果、Alexandriumによる甲殻類の斃死にはPSP成分の関与はほとんど無いこと、異なる活性を有する多くの成分が関わる可能性のあることなどが明らかとなった。タイのエビ養殖池で大量発生し、その大量斃死を引き起こしたAlexandrium minutum株を用いて、甲殻類斃死原因物質の検討を行った。まず、同種培養株培養液にアルテミア(Artemia salina)を暴露したところ、斃死が確認されたが、アルテミアからはPSP成分は検出されず、A.minutumは摂餌されないことが推察された。次に、培養ろ液より高分子画分(>MW 10,000)を調製し、その活性を測定した結果、本画分に強い活性が認められたので、さらにゲルろ過により活性成分を部分精製した。部分精製標品の活性は加熱処理やタンパク分解酵素処理で失われることから、活性成分はタンパクを含むものと予想された。また、分子量は100kda以上あるものと考えられた。活性画分には溶血活性が認められ、活性物質は細胞毒性を有する可能性が示唆された。さらに、培養ろ液高分子画分のアルテミアに対する致死活性はA.minutumの増殖中、対数期に高く、定常期では著しく低下した。このことは本種が活性物質を分泌している可能性を強く示唆した。一方、低分子成分にも着目して検討を行った結果、培養ろ液中のある種のメタノール可溶物質もアルテミアに対する致死活性を持つことが明らかとなった。本成分の性状は検討中であるが、本種による甲殻類斃死には同成分も関与する可能性が考えられた。同様な成分の存在は他の有毒渦

鞭毛藻A.catenellaでも見出され、この場合も強い溶血活性が認められるた。今後、高分子成分とこれら低分子成分の関係も検討項目とする予定である。なお、A.minutumに関してはベトナムのエビ養殖池からも培養株の作成に成功した。本株については麻ひ性貝毒の産生を確認したので、その甲殻類致死活性も検討しつつある。本年度も麻ひ性貝毒原因渦鞭毛藻による甲殻類斃死の機構を明らかにする目的で、斃死原因物質の探索とその作用機構に関する検討を継続した。昨年度はAlexandrium minutumが細胞外に分泌する高分子ペプチド様成分を中心に検討を進めたが、本年度は低分子物質にも着目した。すなわち、培養ろ液を逆相系の樹脂で処理、メタノールで回収した吸着画分を、さらに溶媒分画、ケイ酸カラムクロマトグラフィーを組み合わせて分画した。その結果、培養液から藻体を除いた培養ろ液には少なくとも2種のアルテミア斃死活性を有する低分子成分の存在が明らかとなった。これらの成分は著しく極性が異なり、一方は脂溶性、他方は水溶性物質であった。成分の化学構造は現在検討中であるが、脂溶性物質は高度不飽和脂肪酸を有する成分と予想された。本結果は、A.minutumによる甲殻類の斃死は複数の成分が関与する複雑な減少である可能性を示唆した。一方、これら成分の活性を調べた結果、いずれも赤血球膜を溶解し、珪藻細胞を破壊した。従って、いずれも細胞毒性物質としての活性を持つものと判断された。さらに、同様の検討をA.tamarense,A.catenellaでも行った結果、高分子ペプチド様成分とともに上記低分子成分も、その存在が両種に確認された。すなわち、これら成分はAlexandrium属が普遍的に有するものである可能性が示唆された。筆者らはA.catenellaが赤潮を形成して魚類を大量斃死させることを報告しているが、この場合にも上記成分が関与しているものと考えられた。高分子ペプチド様成分についてはその生産条件を検討した結果、生長の対数期で大量に生産されることが示唆された。また、本成分の分子量は3-10万程度であることも明らかとなった。昨年度までPSP原因渦鞭毛藻Alexandrium minutumによる甲殻類斃死に関わる物質を追究してきた。その結果、斃死には細胞毒性や神経毒性を示す様々な物質が関わることが明らかになってきた。また、この過程でPSPそのものも斃死に関与する可能性も示唆された`本年度はまずこの点についてA. catenellaが1984年宮崎県北浦湾において赤潮を形成し、養殖ハマチの大量斃死を引き起こした事例に着目し、本種の赤潮形成とPSP毒性との関わりを調べた。その結果、本種は低温条件下で生長速度が低い場合、高いPSP生産能を示すものの、高温下で赤潮形成するほどの高い生長速度を維持する場合、無毒に近くなることを見出した。従って、Alexandriumが赤潮状態になった場合の魚介類斃死にはPSPの関与は極めて低いと判断できた。次に、本種について斃死原因物質の探索を行った。その結果、低分子成分では低極性を示す画分と比較的高極性を示す画分にアルテミア致死活性を有する物質の存在を認めた。さらに、低極性物質はガスクロマトグラフィーによりC18:5などの高度不飽和脂肪酸であり、高極性の物質はグリコリピドであることが推定された。これらの成分は溶血活性を同時に有することから斃死は鰓細胞の破壊など細胞毒性による作用が関与するものと考えられた。
Rasのfarnesyl化阻害による新しい膵癌の治療法の研究

新たな膵癌治療法を開発する目的でFarnesyltransferase inhibitorであるManumycinの効果をヒト膵癌細胞株(SUIT-2 AsPC-1,MIA PaCa-2,BxPC-3)を用いて検討した。^3H-Thymidine up takeによる検討では、K-ras codon12のpoint matationの有無に関わらず濃度依存性に増殖は抑制されたが、50%抑制濃度は変異型細胞株に比べ野性型のBxPC-3が高かった。増殖刺激後のMAPKは変異型のSUIT-2の方が、BxPC-3より抑制された。また浸潤能もSUIT-2では10μMで抑制されたが、BxPC-3は同濃度では抑制されず30μMで抑制された。Manumycinによるapoptosisの誘導を検討すると、48時間培養でSUIT-2では100μMの高濃度でDNA 1adderが検出されたが、これ以下の濃度およびBxPC-3では検出されなかった。さらにManumycinで処理したSUIT-2をIX10^6個ヌードマウスに移植したところ、皮下腫瘍、肝転移ともに濃度依存性に抑制された。以上より、ManumycinはRasのfarnesyl化を阻害することにより、MAPKカスケードを介した細胞内シグナル伝達を抑制し、能および浸潤能を抑制することが明らかとなった。またこれらの作用は変異型Rasを持つ細胞により強く現れる可能性が示唆された。これよりfarnesyl化阻害剤は90%以上変動Rasを有する膵癌の新たな治療薬として有望と考えられた。アガロース電気泳動ではラダー像が得られ、apoptosisが誘導されていることが判明した。皮下移植後19日目の腫瘍形成率はcontrol,10,30,100μM群でそれぞれ100,90,20,0%で30,100μM著明に抑制された。control群と10μM群の腫瘍増殖曲線には差はなかった。[今後の展開浸潤能、肝転移能に与える影響などについて検討を加えていく予定である。新たな膵癌治療法を開発する目的でFarnesyltransferase inhibitorであるManumycinの効果をヒト膵癌細胞株(SUIT-2,AsPC-1,MIA PaCa-2,BxPC-3)を用いて検討した。^3H-Thymidine uptakeによる検討では、K-ras codon12のpoint mutationの有無に関わらず濃度依存性に増殖は抑制されたが、50%抑制濃度は変異型細胞株に比べ野生型のBxPC-3が高かった。Manumycinによるapoptosisの誘導を検討すると、48時間培養でSUIT-2では100μMの高濃度でDNA ladderが検出されたが、これ以下の濃度およびBxPC-3では検出されなかった。さらにManumycinで処理したSUIT-2を1×10^6個ヌードマウスに移植したところ、皮下腫瘍、肝転移ともに濃度依存性に抑制された。以上より、ManumycinはRasのfarnesyl化を阻害することによりMAPKカスケードを介した細胞内シグナル伝達を抑制し、増殖能および浸潤能を抑制することが明らかとなった。これより、farnesyl化阻害剤は90%以上変異Rasを有する膵癌の新たな治療薬として有望と考えられた。
樹状突起間の反発作用に基づく受容領域の自己組織化に関する研究

ショウジョウバエ末梢神経系をモデルとして、同種の樹状突起間に生じる反発シグナルを制御する遺伝子群の探索を行い、TORC2複合体を同定した。TORC2複合体は、TORキナーゼを中心とする5因子(現在同定されている限りにおいて)により構成される複合体であり、アクチン骨格系の制御に関与することが報告されていたが、神経機能は全く不明であった。さらなる遺伝学的解析から、TORC2が感覚ニューロン内において細胞自律的に働くことを示した。続いて、生化学的解析から、TORC2がTrcキナーゼのThr449のリン酸化を促進することにより、突起間に生じる反発シグナルを正に制御することを示した。Trcキナーゼは、樹状突起の反発運動に必須の因子として、我々が以前に同定していたものである(Emoto et al.2004)。一方、TORキナーゼは、異なる因子群とともにTORC1複合体を形成し、細胞の増殖制御を行うことが知られている。そこで、感覚ニューロンにおけるTORC1の機能を解析したところ、樹状突起の伸長・分岐を正に制御することが分かった。したがって、TORキナーゼは、TORC1とTORC2という異なる複合体の形成を介して、樹状突起の伸長・分岐と反発運動という異なる局面を制御することが示唆された。今後、ニューロン内において、TORC1とTORC2のクロストークがどのように行われているのかを解明する必要がある。私達は、感覚ニューロン樹状突起のタイル構造に特異的な異常を持つショウジョウバエ変異体の単離および原因遺伝子の同定を行ない、NDRキナーゼ・ファミリーに属するリン酸化酵素TrcキナーゼとWtsキナーゼが、樹状突起のタイル形成とその維持において、それぞれ中心的な役割を果たしていることを示した。本研究領域では、Trcキナーゼ・シグナルおよびWtsキナーゼ・シグナルの時空間制御メカニズムに着目して、同種ニューロンの樹状突起が、受容領域を自己組織化する分子機構を解明することを目指している。まず、Trcキナーゼと遺伝的機能相関を示す遺伝子群の網羅的スクリーニングを行い、PH様ドメインを持つタンパク質Sin1を同定した。Sin1は、TORキナーゼやRictorなどと共にTORC2複合体を形成し、細胞骨格制御に関与することが示唆されているが、神経機能は不明である。Sin1変異体やRictor変異体では、Trcキナーゼ変異体と同様に、樹状突起のタイル化に顕著な異常が見られた。Trcキナーゼは、C末近傍のスレオニン基(T449)にリン酸化を受けることにより活性化されるが、TORC2複合体の変異体や、TORC2構成分子をRNAiノックダウンした培養細胞では、T449のリン酸化が顕著に低下していた。従ってSin1は、Trcキナーゼの活性化を介して、樹状突起のタイル化を制御する因子と考えられる。
燃料電池電極用非白金系合金の表面設計と触媒特性向上

酸素還元反応に代表される燃料電池電極表面における不均一系触媒反応は、表面極近傍の幾何学的原子構造とその電子的特性により支配される。したがって、合金最表面構造(幾何学構造、電子状態)と触媒特性の相互関係を明確化することは新規合金触媒開発に不可欠である。本研究では非白金系新規電極触媒開発を念頭に、優れた触媒特性を発現する合金表面の原子・分子論的設計指針を明らかにすることを目指し、よく規定されたPt-AuおよびPd-Ni表面合金の酸素還元反応活性を検討した。燃料電池化学過程のような不均一系触媒反応は、表面極近傍(第1,2原子層程度)の幾何学的原子構造とその電子的特性により支配される。したがって、バルク合金構造(組成)、最表面構造(組成)および触媒特性の相互関係を明確化することが新規合金触媒開発に向けたロードマップを材料科学・加工学的提示するための前提となる。しかしながら現状はその大部分が未解明である。本研究は非Pt系新規電極触媒材料開発フェーズにおける原子・分子論的指針を材料学的に明らかにし、その開発設計指針の提示を目指す。本年度は、非Pt触媒開発に先立ちPt使用量の低減を目指しPt-Au系合金を検討した。AuはPtと比べ格子定数が4%程大きく、Au基板上のPt原子層には水平方向に引張り応力が働くと考えられる。Au(111)単結晶基板上にPtをMBE法により原子層レベルで堆積し、その分子吸着特性や電気化学特性を検討した。超高真空(UHV)中で作製したPt/Au(111)の表面構造を高速反射電子線回折法(RHEED)で評価した後、表面分子挙動を一酸化炭素(CO)を分子プローブとした高感度反射赤外分光法(IRRAS)で調べた。次に、UHV中からN2雰囲気としたグローブボックス内に試料を搬送し、Ar脱気0.1M HClO_4溶液中でサイクリックボルタモグラム(CV)測定を行った。0.5nm厚Pt(約二原子層に相当)をAu(111)上に堆積した場合、RHEEDパタンから評価した表面格子間隔はPt(111)のそれと一致した。吸着COのIRRASスペクトルからはAu基板が表面Pt原子層に与える引張り応力や電子的影響が示唆された。試料のCV曲線形状はPt(111)にほぼ一致し、PtはAu(111)基板をほぼ被覆していることがわかる。この試料の酸素還元反応活性はPt(111)に比較し約2倍であり、基板の影響により表面Ptの酸素還元反応活性が変化することが分かる。本年度は非Pt触媒開発に先立ちPt使用量の低減を目指しAu(111),(100)単結晶基板上にPtをMBE法により原子層レベルで堆積し、酸素還元反応を中心に電気化学特性を検討した。超高真空(UHV)中で作製したPt/Au(111)、Au(100)の表面構造を高速反射電子線回折法(RHEED)で評価した後、UHV中からN_2雰囲気としたグローブボックス内に試料を搬送し、Ar脱気0.1M HClO_4溶液中でサイクリックボルタモグラム(CV)をさらに酸素飽和溶液中で対流ボルタモグラム(LSV)測定を行った。1原子層のPtを室温にあるAu(111)上に堆積した場合、酸素還元反応活性はPt(111)に比較し約2倍であった。しかし、同一膜厚のPtを基板温度473Kで堆積すると、Pt-Au間の相互拡散が進行し最表面Pt原子数が低下し、結果として活性はPt(111)に比較して著しく低下する。Au(100)基板の場合、基板表面が再構成し、最表面原子密度が上昇するのに伴い2原子層目の原子密度が低下するため、4原子層厚相当のPtを堆積後でもAu(100)基板を完全に被覆することが出来ず、Pt(100)に比較して活性は低い。以上の結果から最表面Pt原子数がPt-Au合金系の酸素還元反応活性を支配していることがわかる。