hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
呼吸と嚥下の協調機構に関する形態学的および電気生理学的検討

喉頭の感覚や運動に深く関与する上喉頭神経が、呼吸と嚥下運動にどのような役割を担っているかをWistar系ratを用いて検討した。Ratの上喉頭神経は喉頭付近で3枝に分かれる。本研究では、甲状軟骨前縁から喉頭に入る枝をR.Br、輪状甲状筋に分布する枝をM.Br、下咽頭収縮筋を経て甲状腺の背側に至る枝をC.Brとした。HRP神経標識法を用いて、各分枝の運動神経細胞の中枢局在および一次求心線維の中枢投射部位を検索した上で、機能的な解析を行うために、各分枝の中枢側切断端から遠心性神経放電を、末梢側切断端から求心性神経放電を導出した。その結果、R.Brは喉頭粘膜へのairflow刺激に応答する感覚線維を有し、それらの感覚情報は孤束核外側部に収束することが明らかになった。M.Brには感覚線維が含まれないことから輪状甲状筋にはproprioceptorは存在しないと考えられた。また、輪状甲状筋を支配する運動ニューロンは、主に吸息期に活動することが明らかになるとともに、延髄のrostral ventral respiration groupに属することが示唆された。C.Brに支配される下咽頭収縮筋にはon-off typeの応答を示すproprioceptorが存在し、その感覚情報は孤束核外側部に入力することが明らかになった。また、迷走神経背側運動核に小型の、疑核の吻側部には中型の運動ニューロンの細胞体が局在していた。下咽頭収縮筋にはproprioceptorが存在することにより、迷走神経背側運動核の小細胞は筋紡錘などを支配するγ-motoneuronの可能性が示唆された。
超臨界流体とレーザーで創製される光るシリコンナノ粒子の発光効率と粒子サイズの相関

光と物質の相互作用は,光の波長,エネルギー密度,レーザーのパルス幅,物質の吸光係数等により,起こる現象が大きく異なる。エネルギー密度の高いパルスレーザーを照射し固体表面に強光子場を形成すると,光を吸収した表面近傍の原子・分子は高密度・高励起状態になり,その後エネルギー緩和により融解・蒸発し,最終的に原子,分子,クラスターが固体表面から気体状となって噴出する。このような過程で生成した気体状物質の中には,新規機能性材料や未来材料が多く含まれる。つい最近では,この手法(パルスレーザーアブレーション法,以下PLA法)を用いたカーボンナノチューブ・ナノホーンの大量合成(1kg/day)が有名である。PLA法による機能性材料の生成には以下の2つの過程が重要である。1つは,上述した気体状物質の噴出までの過程である。もう1つは,噴出後のHotなガス状物質の冷却過程,ならびに噴出した原子集団が凝集しナノ材料を形成してゆくビルドアップ過程である。筆者は,後者の「冷却過程」ならびに「ビルドアップ過程」に注目し,これらの過程を制御するために,数年前に超臨界流体をさきがけて導入した。超臨界流体を用いるメリットは,1)超臨界流体には相転移がないため,冷却媒体の密度を気体的にも液体的にも自由に変化できる,2)超臨界流体中の分子は生成したナノ材料に選択的に吸着する特質を有する,である。このように超臨界流体中で強光子場を用いてナノ材料を創製すると,生成直後の「冷却過程」ならびに「ビルドアップ過程」を制御し,その結果機能性材料の選択的創製が可能となってきた。ここ数年の研究で,金やシリコンのナノ材料創製を行い,生成したナノ材料の色(電子状態),形状などを制御できるようになった。つい最近の研究からは,生成したナノ材料の生成量と超臨界流体の局所構造がどのように相関しているのかを,相図上に3次元で地図を形成し説明できるようになった。このように,今まで行ってきた分子科学の研究と,ナノ材料の材料科学の研究が,よい方向に結びつき相補的に理解できるようになってきた。研究計画:超臨界流体の局所構造を解明し、流体中でレーザー照射により電子状態の異なるナノクラスター創製の研究を行う。成果:(1)超臨界流体の局所構造を動的光散乱法とラマン分光法を用いて研究を行った。光散乱測定では、非水素結合性流体の場合、流体中のクラスターサイズは物質に依存しない普遍的な物理量であり、また水素結合性流体はこの普遍性からずれ1.5倍程度大きなクラスターを生成することが示された。一方、ラマン分光法では分子間の引力と斥力エネルギーを分離し、それぞれの密度変化という視点から、流体の局所構造を考察することができた。(2)Siクラスターの創製:性質の異なるSiナノクラスターを選択的創製に成功した。クラスターの吸収スペクトル・動的光散乱測定より、流体の密度を変えてアブレーションすると異なる電子状態・異なるサイズのSiナノクラスターが選択的に創製した。また、クラスターの生成効率とクラスターの選択的創製には、流体の局所構造が著しく影響することが示された。すなわち、流体の局所構造が気体的領域から液体的領域に変化するときに、生成したクラスターの電子状態ならびにそれらクラスターの生成効率も顕著に異なることが示された。
手持ち工具の振動、騒音、把持力及び寒冷の複合影響に関する実験的研究

振動工具を用いてモデル作業を行ない、その際の振動と工具の把持力の上肢末梢の血流に与える影響を観察するために手指部血圧の連続測定を行なった。年令2050才の振動暴露正のない健常男子6名を被検者とし、重量7.9kgのチエンソ-(SHINGU sp500D)をon time120秒で保持した状態とチエンソ-を高速回転(回転数は耳元での騒音レベルを95105dBとすることによって調節)した状態のモデル作業を行ない、その間に右第4指中節に装着した携帯型自動血圧測定装置(BP-100)を用いて末梢血圧の変動を観察した。本システムは一定時間間隔でカつ圧を自動的に制御し、この時生ずる光電容積脉波の波高変化よりマイクロコンピュ-タを介して血圧値を算出、記録するものである。先ず、モデル作業に伴う姿位変化等のノイズを除去するための標準的な測定方法を確立したうえで実測に着手した。その結果、立位安静時血圧を100とした時、チエンソ-高速回転時の血圧は平均112.9±7.8、無負荷のチエンソ-保持時の血圧は106.9±3.1で、立位安静時、チエンソ-保持時、モデル作業時の際の血圧に有意差がみられた。同時に上腕動脉においても血圧の自動連続測定を行なったが、このモデル作業に伴なう一定の変動はみられなかった。私共は同様の実験を皮膚温や熱勾配式組織血流量を用いて行ない、振動及び重量負荷により一過性に当核部位の血流量が減少することを観察しているが、今回の実験により、血流量の減少が血管の能動的な収縮によるものであり、局所血管の収縮反応は重量だけの負荷よりも、これに振動が加わったとき有意に大きくなることが明らかになった。本実験では先ず精度の高い測定法の確立に多大なエネルギ-を傾注したため、末梢循環動態に影響すると思われる他の作業要固-騒音、温度条件等の関与についてもさらに分析的な検討が必要だと思われる。
次世代宇宙服要素の研究

予備呼吸を行わずとも減圧症を引き起こさない高与圧、しかも高可動性の船外活動用宇宙服関節機構と、より快適かつ高効率な冷却下着を開発、検証した。関節機構については伸縮素材+金属フレーム付ジャバラ機構およびシールド付ベアリング機構で、圧較差0.65気圧でも高い可動性を確保できた。、冷却下着については自己発汗式蒸散冷却下着に任意噴霧装置を付与した下着で、衣服内湿度を上げることなく高い皮膚冷却効果を得ることができた現在の船外活動用宇宙服(以下、宇宙服)内圧は0.3気圧と低いため減圧症の危険を伴う。しかし内圧を高めると外部真空との圧格差増大による膨張で可動性が低下する。これまでに我々は伸縮性素材を用いたグローブでこの与圧と可動性という矛盾を解決してきた。本年度は金属フレームジャバラと昨年度入手した伸縮性素材で気密・伸縮性を確保した内層を付与した大関節模擬構造を製作し、与圧時の可動性を検証した。内層の伸長性が高すぎると、その内層が与圧時にプリーツ構造(ヒダ)の間に入り込むように膨張し可動性を低下させることがわかったため内層を3重構造とし、伸縮性を維持しつつ過膨張を防止した。またジャバラと伸縮性素材のみではプリーツが均一に伸長せず一部分のみに負荷がかかったため、フレームに索状構造を付与し均一に拡張させ、また過拡張を防止した。この索状構造と内層改良によって0.65気圧においても大関節の可動性を確保できた。これらの構造がなければ与圧時には全く稼働させることができないが、改良後も球関節として全方位に稼働させることは困難であり、索状構造を中心とした2方向の稼働性にとどまった。したがってその他の方向についてはベアリングで補助することとした。宇宙服という閉鎖空間で長時間作業すると体温が上昇する。これを防止するため宇宙飛行士は冷却下着を着用している。この下着は皮膚冷却には有効であるが表面を覆う冷却水還流用のビニルチューブが汗の蒸散を阻害するため非常に不快感を伴う。今回我々は還流用チューブから緩徐に水分が漏出し、それが蒸散することによって身体冷却を促す「自己発汗スーツ」を考案・作成し、現行の水冷式スーツと運動時の冷却効果を比較した。皮膚温は水冷式のほうが早くから低下を認めたが運動継続によって次第に自己発汗スーツの冷却効果の方が高くなった。また衣服内湿度は自己発汗スーツの方が有意に低く、快適と考えられた。現在使用されている船外活動用宇宙服(以下、宇宙服)は内部を0.3気圧に与圧している。この低い与圧によって宇宙飛行士は減圧症の危険に曝されている。しかし内部与圧を高めると外部真空との圧格差増大による膨張で可動性低下を招く。これまでに我々は船外活動に最も重要なグローブについて、伸縮性素材を用いるこの与圧と可動性という矛盾を解決することを試みてきた。即ち気密を確保する気密層にラテックスを、気密層の破裂を防ぐための拘束層にスパンデックスを用いてグローブを作成した。その結果、予備呼吸を行わなくても減圧症を引き起こさない0.65気圧でも高い可動性が得られることを証明してきた。本年度はその結果を肩関節、股関節といったより大きな構造かつより大きな可動性を有する関節に応用することを試みた。メーカーの協力を得て気密層となるクロロプレンを拘束層となる弾性不織布で被覆し、さらにその間に熱伝導性を低下させるチタン層を加工した素材を入手した。これによって気密層・拘束層に断熱層を加えた一体型素材で厚さ0.3mmを実現した。その素材の伸展時と収縮時の張力を測定した。また、可動域を拡大させるために1回転式水平ジャバラ、2時計バンド等に使用されているジャバラブレス、3ジャバラ折り、4ミウラ折り、5引きバネ、6金属フレームジャバラ等を製作、有用性を検証した。その結果伸縮率の大きさ、可動域の大きさ等から金属フレームジャバラが最も有用性が高くまた応用性も高いと判断した。さらに、前腕の回内、回外運動を容易にするためのベアリング構造を検討した。通常のラジアルベアリングでは与圧時の気密保持性ならびに軸方向の耐荷重性が低いことからスラストベアリングを採用した。成人の上肢・下肢サイズ製品が存在しないことから今後、実用にむけてこれを自作し与圧時の可動性を検証する。現在の船外活動用宇宙服(以下、宇宙服)内圧は0.3気圧と低いため減圧症の危険を伴う。昨年までの研究で、金属フレームジャバラ+均一拡張用索状構造+伸縮性気密層によって高与圧でも可動性を確保できることを確認した。本年度はさらに、予備呼吸不要となる0.65気圧にまで与圧し、その可動性を確認した。また、肩、手首、腰、股関節といった回転運動を行う関節において、ベアリングを採用することとした。気密性を上げるためには、ボール部分にできる限り間隙を小さくする構造が必要であるが、気密性が高まるほど摩擦によって可動性が低下する。逆に可動性を高めれば気密性が低下する。この矛盾点を昨年度は、従来の内輪・外輪によるベアリングではなく、同径のリングを合わせるスラストベアリングの採用を検討したが、従来のベアリング同様ボール部分については可動性を確保しつつ高与圧することは非常に困難であった。

そこで二重ベアリング構造を考案し、可動部分にはまったく与圧ガスが流入しない構造を試作した。その結果、ベアリングそのものに複雑な構造を付与することなく、0.65気圧であっても全く可動性を損なわないことを、肩関節を想定した原寸大サイズにて確認した。また、宇宙服という閉鎖空間で長時間作業すると体温が上昇する。これを防止するため昨年度、自己発汗スーツを考案しその有用性を検証した。しかしこの方式では冷却開始後スーツが自己発汗し、それが蒸散し有効に気化熱を奪い始めるまで冷却効果が小さいことが欠点であった。そこで任意の時間に噴霧し、冷却を開始する機構をとりつけることで、この欠点が解消できるのではないかと考え、その試作を行った。上記3つの構造は学内の発明委員会にて発明と認められたため、特許事務所にて申請の検討を行った。現在の船外活動用宇宙服(以下、宇宙服)内圧は0.3気圧と低いため減圧症の危険を伴う。しかし内圧を高めると外部真空との圧格差増大による膨張で可動性が低下する。これまでに我々は伸縮性素材を用いたグローブでこの与圧と可動性という矛盾を解決してきた。昨年までの研究で、肩、手首、腰、股関節といった回転運動を行う大関節において、ベアリングを採用することとした。気密性を上げるためには、ボール部分にできる限り間隙を小さくする構造が必要であるが、気密性が高まるほど摩擦によって可動性が低下する。逆に可動性を高めれば気密性が低下する。その結果、ベアリングそのものに複雑な構造を付与することなく、0.65気圧であっても全く可動性を損なわないことを、肩関節を想定した大サイズにて確認した。しかしながら構造が大きくなりすぎる欠点があった。そこで本年度は従来のシールドベアリング内に密封剤兼潤滑剤としてシリコングリースを封入した。内外の気圧差が0の状態と比較するとやや可動性が低下するものの本来の構造を維持したまま圧較差0.65気圧でも回転運動を行うことができたため、こちらを採用することとして全身スーツ製作を開始した。これを防止するため昨年度、自己発汗スーツに任意の時間に噴霧し、冷却を開始する機構をとりつけることで、この欠点が解消できるのではないかと考え、その試作を行った。これを実際に、被検者に装着させ、運動させたところ従来の冷却服に比較して、服内湿度をあげることなく大幅な冷却機能改善を認めた。予備呼吸を行わずとも減圧症を引き起こさない高与圧、しかも高可動性の船外活動用宇宙服関節機構と、より快適かつ高効率な冷却下着を開発、検証した。関節機構については伸縮素材+金属フレーム付ジャバラ機構およびシールド付ベアリング機構で、圧較差0.65気圧でも高い可動性を確保できた。、冷却下着については自己発汗式蒸散冷却下着に任意噴霧装置を付与した下着で、衣服内湿度を上げることなく高い皮膚冷却効果を得ることができた現在の船外活動用宇宙服(以下、宇宙服)ならびに申請者が研究を進めている宇宙服の基本構造は、内部酸素の漏出を防ぐ気密層とこれが破裂するのを防ぐ拘束層から成っている。申請者は可動性を向上させるためいずれの層にも伸縮性素材を使用してきた。
ニワトリ・オルニチントランスカルバミラーゼ遺伝子の組織特異的発現とプロセシング

オルニチン・トランスカルバミラーゼ(OTC)はバクテリアから高等動物に至るまで広く生物界に存在するアルギニン合成に係わる酵素である.尿素排泄型の哺乳動物や両棲類では肝臓のミトコンドリアに局在し,尿素サイクルの一酵素として機能している.他方,尿酸が窒素の最終排泄物である鳥類では,本来この酵素は必要ではない.しかしながら,申請者はニワトリ腎臓のOTC活性が個体や品種間で極めて変動が大きく,その変動には様々な遺伝的背景がからんでいるものと推定した.ニワトリ腎臓OTCも哺乳動物の酵素と同じくミトコンドリアに局在し, 3量体で,分子量も同じであったただ,孵化前後の活性の動向や酵素誘導の機構などは哺乳動物のそれと全く異なっていた.多様な変異の存在する理由としては,本酵素がニワトリでは生理的に重要な意味を持たず.全く中立な遺伝的変異が長期にわたって蓄積されて来たことによると考えられた.これに加えて,ニワトリではOTC発現の組織特異性がくずれていた.ニワトリではOTC活性の認められない臓器でも酵素蛋白質が前駆体として合成されていた.しかしながら,それらの臓器ではプロセシングによって成熟型には転換されないことが明らかになった.ニワトリOTCの遺伝的多様性の原因としては構造遺伝子,制御遺伝子の両変異が含まれていた.窒素排泄系の進化を考えるとき,鳥類はプリン合成系を利用して尿酸合成に当たる一方で, OTC前駆体のプロセミング機構の阻害などで,尿素サイクルの機能を失わせはしたが, OTC遺伝子そのものは3億年もの間,大幅な突然変異によって失われることなく大切に保持して来た事が推定されるに至った.今後,ニワトリOTCの遺伝子のクローニングを行って,構造遺伝子,制御遺伝子の構造を明らかにし,生物が窒素排泄系の進化に対して,どのような遺伝的対応をしてきたかを解き明かしたい.オルニチン・トランスカルバミラーゼ(OTC)はバクテリアから高等動物に至るまで広く生物界に存在するアルギニン合成に係わる酵素である.尿素排泄型の哺乳動物や両棲類では肝臓のミトコンドリアに局在し,尿素サイクルの一酵素として機能している.他方,尿酸が窒素の最終排泄物である鳥類では,本来この酵素は必要ではない.しかしながら,申請者はニワトリ腎臓のOTC活性が個体や品種間で極めて変動が大きく,その変動には様々な遺伝的背景がからんでいるものと推定した.ニワトリ腎臓OTCも哺乳動物の酵素と同じくミトコンドリアに局在し, 3量体で,分子量も同じであったただ,孵化前後の活性の動向や酵素誘導の機構などは哺乳動物のそれと全く異なっていた.多様な変異の存在する理由としては,本酵素がニワトリでは生理的に重要な意味を持たず.全く中立な遺伝的変異が長期にわたって蓄積されて来たことによると考えられた.これに加えて,ニワトリではOTC発現の組織特異性がくずれていた.ニワトリではOTC活性の認められない臓器でも酵素蛋白質が前駆体として合成されていた.しかしながら,それらの臓器ではプロセシングによって成熟型には転換されないことが明らかになった.ニワトリOTCの遺伝的多様性の原因としては構造遺伝子,制御遺伝子の両変異が含まれていた.窒素排泄系の進化を考えるとき,鳥類はプリン合成系を利用して尿酸合成に当たる一方で, OTC前駆体のプロセミング機構の阻害などで,尿素サイクルの機能を失わせはしたが, OTC遺伝子そのものは3億年もの間,大幅な突然変異によって失われることなく大切に保持して来た事が推定されるに至った.今後,ニワトリOTCの遺伝子のクローニングを行って,構造遺伝子,制御遺伝子の構造を明らかにし,生物が窒素排泄系の進化に対して,どのような遺伝的対応をしてきたかを解き明かしたい.オルニチントランスカルバミラーゼ(OTC)は高等動物では尿素サイクルの一酸素である。尿素排泄型の動物では本酵素は肝臓のミトコンドリアに局在している。一方、尿酸が窒素の最終排泄物である鳥類では、本来この酵素は必要でないが、申請者は腎臓のOTC活性が著しく高いニワトリを発見し、活性の高い系統を作出した。ニワトリOTCは哺乳動物の酵素と同じくシトコンドリアに局在し、3量体で分子量も同じであるが、ふ化前後の活性の動向や酵素誘導の機構などは全く異っている。一方、その活性には個体差や品種差が極めて大で、その変動には様々な遺伝的背景がからんでいるものと推定される。このような変異の存在する理由は、ニワトリでは本酵素が生理的に重要でなく、全く中立な変異が長期にわたって蓄積されて来たことによると考えられる。申請者は最近ニワトリOTCでは酵素発現の臓器特異性がくずれ、活性の認められない臓器でもOTC蛋白質が合成されていることを明らかにした。調査したすべての臓器でOTC蛋白質は前駆体として止まっており、前駆体は成熟型に転換されないものと推定された。この成果は現在投稿中である。この結果から、ニワトリOTC活性の組織特異的発現はミトコンドリアによるOTC前駆体のプロセシングの有無にかかっていることが明らかとなった。哺乳動物の各組織のミトコンドリアのプロセシング能には特異性がないと考えられているので、ニワトリのこの系はその面での勝れた素材といえる。

現在、ニワトリOTCの前駆体のプロセシングの組織特異性を明らかにすべく、前駆体の精製に取り組んでいる。精製後は前駆体のリーダー配列のアミノ酸組成を決定する予定である。一方、ニワトリ腎臓はじめ幾つかの臓器の初代培養を行っており、5-アザシチジン等による酵素誘導の研究を実施する予定である。
CMOS三値論理回路による公開鍵暗号ハードウェアの研究

(1)ハードウェア化に適した新しい公開鍵暗号方式EIGamalタイプの公開鍵暗号の解読の難性は離散対数問題の困難性を利用したものであり,安全性の確保のためには,元の数が大きな体Fpが用いられる。Lenstraは,整数qの体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が,そのトレースをとることにより,2次の拡大体Fq^2の元で表現できることを利用した,新しい公開鍵暗号方式XTR(Efficient and Compact Subgroup of Trace Representation)を提案している。XTRでは,鍵の長さ,暗号文の長さを,安全性を同一に保ちながら,従来の公開鍵暗号の1/3に短縮できる。本研究では,整数qとして,3の奇数巾(q=3^<2k+1>)1を持いること,すなわち標数3の体を用いることにより,体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が,そのトレースをとることにより,もとの体Fqの元で表現できることを見いだした。この標数3の体を用いるXTRでは,LenstraのXTRより,鍵の長さ,暗号文の長さをさらに1/2に短縮できる。さらに,標数3の体の実装に,三値論理を用いることにより,効率のよいハードウェア実装が可能なことを示し,ソフトウェア実装に比べ約100倍の高性能化が図れることを示した。(2)完全CMOS動作する三値メモリ素子の考案と評価上記ハードウェアを実現するために,CMOS動作する論理回路については,H18年度実績で示したように,Olson法を発展させたTG法を考案することにより解決できた。しかし,メモリについては完全CMOS動作をする三値メモリ素子が存在していなかった。「先に考案したCMOS動作をする三値インバータを基本要素として,マスター・スレーブ型の三値ラッチ,および三値スタティックメモリ素子を構成し,完全CMOS動作をすることを確認した。ハードウェア量を比較するため,9digit×9wordの三値メモリと,16bit×9wordの二値メモリを比較したところ,トランジスタ数で16パーセント程度の増加で収まり,配線量は1/2となることが判った(1)ハードウェア化に適した新しい公開鍵暗号方式ElGamalタイプの公開鍵暗号の解読の困難性は、離散対数問題の困難性を利用したものであり、安全性の確保のためには、元の数が大きな体Fpが用いられる。Lenstraは、整数qの体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が、そのトレースをとることにより、2次の拡大体Fq^2の元で表現できることを利用した、新しい公開鍵暗号方式XTR(Efficient and Compact Subgroup of Trace Representation)を提案している。XTRでは、鍵の長さ、暗号文の長さを、安全性を同一に保ちながら、従来の公開鍵暗号の1/3に短縮できる。本研究では、整数qとして、3の奇数巾(q=3^<2k+1>)を持いること、すなわち標数3の体を用いることにより、体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が、そのトレースをとることにより、もとの体Fqの元で表現できることを見いだした。この標数3の体を用いるXTRでは、LenstraのXTRより、鍵の長さ、暗号文の長さをさらに1/2に短縮できる。さらに、標数3の体の実装に、三値論理を用いることにより、効率のよいハードウェア実装が可能なことを示し、ソフトウェア実装に比べ約100倍の高性能化が図れることを示した。(2)三値論理回路の構成法と暗号ハードウェアこれまで、三値論理回路として、低消費電力性を備えてものは無かったが、Olsonは、CMOS回路で定常時に電流が流れない三値論理回路の構成法を示したものの、すべての三値論理関数を実現するには回路構成が複雑になるという問題があった。本研究では、一変数の三値論理回路(Olson法により実現)と、CMOSトランスファーゲート論理による選択回路とを組み合わせる方法(TG法とよぶことにする)により、スイッチング特性が良好な二変数三値論理関数回路を組織的に実現する方法を与えた(特許出願2件)。TG法と、三値の表現として対称三値の採用により1桁の乗算の結果が1桁になる性質を生かして、さまざまな暗号ハードウェアで必須となる高速の大規模乗算器をコンパクトに構成できること示した。特に、三値論理を用いると部分積加算部を4-2レデューサーで構成できることから、配線の交差数を二値に比べて約1桁少なくでき、面積の大幅な削減が可能となり、二値の場合の倍の規模の乗算器が同一面積で実現可能である。(1)三値論理によるXTRを用いた公開鍵暗号方式ElGamalタイプ公開鍵暗号の解読の困難性は、離散対数問題の困難性を利用したものであり、安全性の確保のためには、元の数が大きな体Fpが用いられる。Lenstraは新しい公開鍵暗号方式XTR(Efficient and Compact Subgroup of Trace Representation)を提案している、これは整数qの体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が、そのトレースをとることにより、2次の拡大体Fq^2の元で表現できることを利用したものであり、鍵の長さ、暗号文の長さを、安全性を同一に保ちながら、従来の公開鍵暗号の1/3に短縮できる。本研究では、標数3の体Fq(整数qとして、3の奇数巾(q=3^<2k+1>)を用いる)を用いることにより、体の6次の拡大体Fq^6の元が、そのトレースをとることにより、もとの体Fqの元で表現できることを見いだした。

この標数3の体を用いることで、LenstraのXTRより、鍵の長さ、暗号文の長さをさらに1/2に短縮できる。さらに、標数3の体の実装に、三値論理を用いることにより、効率のよいハードウェア実装が可能なことを示し、ソフトウェア実装に比べ約100倍の高性能化が図れることを示した。(2)三値論理回路の構成のためのCADツールの開発三値論理回路の設計検証のためのツールとして三値論理回路用の論理シミュレータを開発した。三値論理関数は二変数関数に限っても3^9=19683種類あり、そのすべてを組み込むことは現実的でない。そこで論理関数は関数シンボルに対応させて必要なものだけ外付けで組み込むようにした。またシミュレータカーネルは論理値の値とは独立な仕組(値独立カーネル)として実装した。シミュレータカーネルは二値の論理シミュレータとまったく同一であり、違いは、入力値の読込みルーチンと出力値のプリントルーチンに限定される。また、このような構成により、0,1,2の三値にも、-1,0,1の対称三値にも対応できる。(1)ハードウェア化に適した新しい公開鍵暗号方式EIGamalタイプの公開鍵暗号の解読の難性は離散対数問題の困難性を利用したものであり,安全性の確保のためには,元の数が大きな体Fpが用いられる。Lenstraは,整数qの体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が,そのトレースをとることにより,2次の拡大体Fq^2の元で表現できることを利用した,新しい公開鍵暗号方式XTR(Efficient and Compact Subgroup of Trace Representation)を提案している。XTRでは,鍵の長さ,暗号文の長さを,安全性を同一に保ちながら,従来の公開鍵暗号の1/3に短縮できる。本研究では,整数qとして,3の奇数巾(q=3^<2k+1>)1を持いること,すなわち標数3の体を用いることにより,体Fqの6次の拡大体Fq^6の元が,そのトレースをとることにより,もとの体Fqの元で表現できることを見いだした。この標数3の体を用いるXTRでは,LenstraのXTRより,鍵の長さ,暗号文の長さをさらに1/2に短縮できる。さらに,標数3の体の実装に,三値論理を用いることにより,効率のよいハードウェア実装が可能なことを示し,ソフトウェア実装に比べ約100倍の高性能化が図れることを示した。(2)完全CMOS動作する三値メモリ素子の考案と評価上記ハードウェアを実現するために,CMOS動作する論理回路については,H18年度実績で示したように,Olson法を発展させたTG法を考案することにより解決できた。しかし,メモリについては完全CMOS動作をする三値メモリ素子が存在していなかった。「先に考案したCMOS動作をする三値インバータを基本要素として,マスター・スレーブ型の三値ラッチ,および三値スタティックメモリ素子を構成し,完全CMOS動作をすることを確認した。ハードウェア量を比較するため,9digit×9wordの三値メモリと,16bit×9wordの二値メモリを比較したところ,トランジスタ数で16パーセント程度の増加で収まり,配線量は1/2となることが判った
自己組織化高分子材料のダイナミズム

本研究は多相性と階層性を持った高分子自己構造形成・自己組織化材料のダイナミズムを明らかするため、ポリテクニック大学の化学・材料科学学科において関連する研究を行っている研究者との共同研究を広範な材料を対象に展開し、新機能材料の開発に結びつく自己組織化過程の解明を行い新規自己組織形成材料の姿を設定することにある。その全体は以下の5項目に大分される。(1)ブレンド系組織化材料の構造形成のスローダイナミックス(2)ブロック系組織化材料の開発と構造・機能化(3)ダイナッミク光散乱による組織化構造の解析(4)合成-生体高分子複合系における構造形成と反応解析(5)光機能化自己組織形成材料の開発と機能(6)自己組織化材料の分子設計具体的にはそれぞれ、(1)温度依存型相分離材料の相分離成長過程における自己組織形成の光学的観測(2)両末端反応生オリゴマーの使用による親媒性の異なるABA型ブロックポリマーの開発(3)ブレンド系およびブロック系組織化材料の構造解析(4)タンパク質・多糖などとビニル系両親媒性ポリマーとの二・三成分系における構造形成過程の解析(5)光によって構造形成が誘起・消滅される自己組織化材料の開発(6)ポリエステル系新規自己組織化高分子の分子設計・合成、を行った。双方で綿密な連絡・情報交換のもとに、各課題にかかる研究をそれぞれが行うとともに、各年度について相互訪問の上、Joint-Symposiumを開催し本課題にかかる研究成果の披露、研究展開にかかる意見の交換を行った。(H11年12月14日<於PTU>、H12年6月1,2日<於KIT>、H13年8月17日<於PTU>)本研究は多相性と階層性を持った高分子自己構造形成・自己組織化材料のダイナミズムを明らかするため、ポリテクニック大学の化学・材料科学学科において関連する研究を行っている研究者との共同研究を広範な材料を対象に展開し、新機能材料の開発に結びつく自己組織化過程の解明を行い新規自己組織形成材料の姿を設定することにある。(1)ブレンド系組織化材料の構造形成のスローダイナミックス(2)ブロック系組織化材料の開発と構造・機能化(3)ダイナッミク光散乱による組織化構造の解析(4)合成-生体高分子複合系における構造形成と反応解析(5)光機能化自己組織形成材料の開発と機能(6)自己組織化材料の分子設計本年度はそれぞれ、(1)温度依存型相分離材料の相分離成長過程における自己組織形成の光学的観測(2)両末端反応性オリゴマーの使用による、親媒性の異なるABA型ブロックポリマーの開発(3)ブレンド系およびブロック系組織化材料の構造解析(4)タンパク質・多糖などとビニル系両親媒性ポリマーとの2・3成分系における構造形成過程の解析(5)光によって構造形成が誘起・消滅される自己組織化材料の開発(6)ポリエステル系新規自己組織化高分子の分子設計・合成を行った。双方で綿密な連絡・情報交換のもとに、各課題にかかる研究をそれぞれ行なうとともに、本学から、3名の研究者(木村、柴山、櫻井)がPTUを来訪し、Joint-Seminorを開催した(H11年12月)。また、PTU側から1名(Gross教授)が来学し、KITの研究状況の理解、共同研究にかかる具体的諸問題の解決方針などについての討論を行った。

(1)ブレンド系組織化材料の構造形成のスローダイナミックス(2)ブロック系組織化材料の開発と構造・機能化(3)ダイナッミク光散乱による組織化構造の解析(4)合成-生体高分子複合系における構造形成と反応解析(5)光機能化自己組織形成材料の開発と機能(6)自己組織化材料の分子設計本年度はそれぞれ、(1)温度依存型相分離材料の相分離成長過程における自己組織形成の光学的観測(2)両末端反応性オリゴマーの使用による、親媒性の異なるABA型ブロックポリマーの開発(3)ブレンド系およびブロック系組織化材料の構造解析とその表面特性解析(4)タンパク質・多糖などとビニル系両親媒性ポリマーとの2・3成分系での構造形成過程の解析(5)光によって構造形成が誘起・消滅される自己組織化材料の開発(1)ポリエステル系新規自己組織化高分子の分子設計・合成を行った。具体的には、双方で綿密な連絡・情報交換のもとに、各小課題にかかる研究を展開し、、PTU側から、計4名のメンバーがKITを来訪し、前年度の研究成果及び今後の全体計画の詳細な打ち合わせを行うとともに、Joint-SeminorをKITにおいて開催し、本課題にかかる研究成果の披露、研究展開にかかる意見の交換を行った(5月)。本研究は多相性と階層性を持った高分子自己構造形成・自己組織化材料のダイナミズムを明らかするため、ポリテクニック大学の化学・材料科学学科において関連する研究を行っている研究者との共同研究を広範な材料を対象に展開し、新機能材料の開発に結びつく自己組織化過程の解明を行い新規自己組織形成材料の姿を設定することにある。その全体は以下の5項目に大分される。(1)ブレンド系組織化材料の構造形成のスローダイナミックス、(2)ブロック系組織化材料の開発と構造・機能化(3)ダイナッミク光散乱による組織化構造の解析、(4)合成-生体高分子複合系における構造形成と反応解析(5)光機能化自己組織形成材料の開発と機能、(6)自己組織化材料の分子設計具体的にはそれぞれ、(1)温度依存型相分離材料の相分離成長過程における自己組織形成の光学的観測(2)両末端反応性オリゴマーの使用による親媒性の異なるABA型ブロックポリマーの開発(3)ブレンド系およびブロック系組織僻オ料の構造解析(4)タンパク質・多糖などとビニル系両親媒性ポリマーとの二・三成分系における構造形成過程の解析(5)光によって構造形成が誘起・消滅される自己組織化材料の開発(6)ポリエステル系新規自己組織化高分子の分子設計・合成、を行った。双方で綿密な連絡・情報交換のもとに、各課題にかかる研究をそれぞれが行うとともに、NYにおいてJoint-Symposiumを開催し本課題にかかる研究成果の披露、研究展開にかかる意見の交換を行った。(H13年8月17日<於PTU>)
不可逆的糸球体硬化症の進行とその性差の分子メカニズムの解明

本研究では、間葉系細胞由来の糸球体構成細胞が最終的に骨芽・軟骨細胞様形質変化をきたし、不可逆的に腎不全に至る糸球体硬化の分子病態の詳細を明らかとするための検討を行った。我々がこれまでの研究で明らかにしてきた糖尿病性腎症の進展において重要なメサンギウム細胞の細胞外マトリックス産生亢進やメサンギウム細胞の形質変化において中心的な役割を果たすBMP4, Smad1および軟骨発生のマスター遺伝子であるSOX9および関連分子Scleraxisに主として着目した検討を継続した。(1)BMP4刺激下で培養メサンギウム細胞において、Sox9と、Sox9に直接転写制御を受けるH型コラーゲンは発現が誘導されるが、Sox9の内因性のインヒビターであるId2をメサンギウム細胞に強制発現させると、BMP4刺激下で誘導されるSox9およびII型コラーゲンの発現が抑制されることを確認した。(2)糖尿病性腎症モデルマウスでさらにBMP4/smad1-Sox9/Scleraxisシグナルの評価を進めた。STZマウスおよびBMP4ヘテロノックアウトマウスにSTZを投与して糖尿病性腎症を惹起したモデルを作成した。これらモデルマウスでの病理組織学的な変化と、腎機能・蛋白尿などの変化を経時的に評価し、糸球体硬化病変が進展していく過程において、BMP4/Smad1-sox9/Scleraxisのシグナルの活性化がSTZマウスではコントロールと比較して促進されており、逆にBMP4ヘテロノックアウトマウスでは減弱していることを、免疫組織学的解析にて確認した。(3)また、他の腎炎モデルでのSox9/scleraxis発現の検討として自然発症ネフローゼモデルであるICGNマウスにおいても、病変の進展過程で糸球体にSOX)の発現が増強してくることを免疫組織学的に確認した。いずれのモデルにおいても、Sox9はメスに比較して、オスでシグカル分子の発現量が増加していた。
神経細胞の分化度に応じて異なる機能を担う受容体メカニズム

発生期大脳皮質の脳室面で最終分裂を終えた神経細胞の多くは、その直上(multipolar cell accumulation zone, MAZと命名)で多極性の形態をとって長時間留まり、多極性移動(multipolar migration)と命名した特徴的な挙動を示す。多極性移動細胞は外界を探索しているような動態を示すため、これらの細胞自身で受容体が発現し、細胞外にそのリガンドが存在するような組み合わせの分子群を検索した結果、その一つとしてBMPとその受容体を見いだした。これらは、いずれも脳室帯からMAZにかけて局在が観察され、確かに多極性移動細胞に受容体タンパク質が分布することを確認した。BMPは、脳室帯に存在する神経幹細胞に対してはその分裂/分化の制御に関わることが知られているが、MAZに局在する多極性移動細胞は既に分裂を終えた神経細胞であるため、脳室帯における機能とは異なる機能を有すると考えられた。そこでまずBMP受容体の下流について検討したところ、古典的な下流分子であるSmadのリン酸化は脳室帯にしか見られず、MAZ内の多極性移動細胞では陰性であった。一方、MAZの多極性移動細胞においては、BMP受容体の下流で機能することが他の細胞で知られているLIMK1のリン酸化型が局在していることを見いだした。つまり、同じリガンド/受容体の組み合わせが、未分化な神経幹細胞と分裂を終えた移動神経細胞とでは下流分子を使い分けることによって異なる機能を発揮する可能性が考えられた。
光電場駆動と量子経路干渉による新しい動力学

強光子場パルスで励起され駆動された電子系のダイナミクスと、電子励起状態における様々な量子経路干渉効果の本質を理論的に明らかにする。その際の計算手法としては、本研究者が提案している時間依存シュレーディンガー方程式をVolterra型の積分方程式に書き直して解く方法を用いる。この方法では、基底状態を含む少数の離散状態のみを含む連立方程式の数値処理に問題を簡単化できる。具体的な問題としては2連パルスポンプによる誘導ラマン散乱、閾値以下の光子場によるイオン化と分子内の分布反転、固体における短パルス励起による高次高調波発生のメカニズム解明などを扱う。
中赤外プラズモン増強場を用いた新規非線形光学の開拓

中赤外超短パルスのプラズモニックナノ増強場の生成と、増強場を生かした非線形現象の制御を目的とした。具体的には、(1)金属界面の光電界電子放出と(2)振動分光の高感度化を達成した。金ナノアンテナに中赤外フェムト秒パルスを照射したところ、増強場による光電界電子放出が起こった。これは、光電場による電子のトンネルイオン化であり、超短パルス電子源としての応用が期待される。また、放出電子数の励起光強度依存性から、近接場電場強度の非破壊測定に成功した。分子性薄膜試料を対象に透過配置での線形および非線形分光計測を行い、共鳴アンテナアレイにより信号強度が顕著に増大することを確認した。【概要】局在型プラズモンの共鳴励起により中赤外超短パルス増強場を生成し、この特徴的な場を生かした新規非線形光学現象の発現を目指した。その結果、中赤外超短パルス増強場を利用した金の光電界電子放出に成功し、その諸特性を理論・実験両面から明らかにした。【詳細】電磁場理論解析および透過スペクトル測定により、中赤外域に共鳴する金ナノロッドが数十フェムト秒の応答速度と高い電場増強特性(強度にして千倍以上)をもつことを確認した。電子線リソグラフィーとリフトオフ法により、そのような金ナノロッドを数ミクロン間隔で二次元的に敷き詰めた金ナノロッドアレイを作成した。その金ナノロッドアレイに中赤外フェムト秒パルスを照射する際ロッド先端に生成された増強電場を利用して、金の伝導電子のトンネルイオン化を発現させた。電子放出量の励起光波長依存性を測定し、理論計算と比較することにより、電子放出過程が共鳴増強された増強電場に支配されていることを確認した。また、励起光強度依存性および放出電子の運動量スペクトルを計測することにより、局所的な電場増強度(強度にして千倍以上)を評価した。【意義】通常の光電効果と異なり、光電界電子放出メカニズムによると、電場振動の半周期以下の時間で電子が放出されるため、本成果は潜在的に超短パルス電子源やその小型加速器の原理につながると期待できる。また、本成果は、局所的な電場増強度を非侵襲に計測する手法として、プラズモニクス、近接場光学の学術分野に貢献するといえる。【概要】表面プラズモン励起に伴う電場増強効果を利用した中赤外フェムト秒パルスの増強場の生成、また、この増強場を生かした非線形現象を制御を目指した。その結果、増強場を利用した(1)金属界面における強電磁場現象の制御と(2)赤外非線形分光計測の超高感度化を達成した。【詳細】電磁場の理論解析および透過スペクトル測定により、中赤外域に共鳴する金ナノロッドの高い電場増強特性(強度にしておよそ千倍)と高速応答性(電場振動3サイクルの中赤外パルス電場に追随する)をまず明らかにした。(1)金ナノロッドに中赤外パルスを照射し、生成された増強場による光電界電子放出を達成した。これは、光電場による電子のトンネルイオン化であり、超高速に電流を制御するテクノロジーと捉えることができる。励起波長が金ナノロッドの共鳴に合うとき、顕著な電子放出が起こったことから、電子放出が確かに表面プラズモンの作る増強場によって駆動されていることを確認した。また、放出電子数の励起光強度依存性から局所的な電場増強度を非破壊に計測することができた。(2)金ナノロッドの二次元アレイ上に測定対象となる分子性薄膜を塗布し、分子振動モードの非線形分光計測を行ったところ、信号強度が顕著に増大した。すなわち、ナノ空間での電場増強効果により、中赤外光と分子との相互作用が増大し、分光計測の超高感度化が実現された。【意義】成果(1)では、超短パルス電子源・小型加速器・超高速エレクトロニクスにつながると期待される光電界放出を、弱い光照射で実現する道筋を示したという意義がある。また、局所的な電場増強度を非侵襲に計測する手法を呈示した点も学術的に重要である。成果(2)は、少数分子の立体構造とダイナミクスを超高感度に検出する可能性を提供するものであり、単分子膜や薄膜材料の構造解析、界面での反応解析に有用な分光手法につながると考えられる。二年間の研究の目的として以下の二つを策定した。A.中赤外増強場を利用した金属電子のトンネルイオン化(平成26年度)B.中赤外増強場を利用した分子振動の非線形応答の増強(平成27年度)このうち、前者Aを達成しオリジナルかつ重要な成果を得た。その成果は原著論文として英文ジャーナルに投稿中である。

また、後者Bの目的へ向けた理論解析および実験も進めており、「分子振動の非線形応答の増強」の基盤となる「局在型表面プラズモンと分子振動モードとの結合(ファノ共鳴)」の観測に成功している。以上の理由から、本計画研究がおおむね順調に進展しているといえる。量子エレクトロニクスH27年度は後者の目的である中赤外増強場による非線形振動分光の高感度化に注力する。この目的を達成する上で重要なのは、局所的な増強度とその空間密度である。局所的な増強度が高いだけでは不十分であり、非線形振動分光信号のビーム範囲での面積平均あるいは体積平均を大きくする必要がある。そこで、中赤外増強場を空間的に高密度に生成するような金属ナノ構造を理論解析を通して見出す。特に、局在型表面プラズモン同士の干渉相互作用とナノギャップにおける電場増強効果を利用して最適な金属ナノ構造を設計し作製する。
香り識別センサの検討とミカンの香り識別システムの開発

これまで種々のアルコールおよび水素分子に対するSnO_2ガスセンサの過渡応答および定常応答特性を調べ,臭い分子自身の分極率や超分極率の違いによってセンサの応答が異なること,およびこのことを利用した臭いの識別が可能であることを明らかにしてきた。臭いやガスの種類によるセンサ応答の違いの機構をさらに詳しく調べるため,平成11年度は主として計算機上でSnO_2クラスター表面と種々のガス分子との反応過程のシミュレーションを行った。計算手法としては,計算時間が短く比較的精度の高いと言われている半経験的分子軌道法を用いた。作製したクラスター計算から,バルクのSnO_2はルチル構造で,Sn原子の回りを6個のO原子が囲んでいるが,(001)表面では4個の,また(100)表面では5個のOが囲んでいる状態が最も安定であることが示された。求めた安定なSnO_2表面に水素,メタノール,エタノールの分子を接近させたときの系の生成熱を計算し,その反応性を評価した。その結果エタノール分子はSnO_2(100)表面と反応するが,他は反応しないこと,またこれらの分子の分解種であるH,CH_3,CH_3CH_2は(001)表面と反応し,電荷が移動することが示された。またSnO_2表面にO_2分子を吸着させておくと,メタノールは吸着されたO_2分子を介してSnO_2表面と反応することが明らかになった。現在までのところこれらの計算結果は,これまでの実験結果と必ずしも一致していないが,SnO_2センサと臭い分子との反応機構の解明に種々の知見を与えた。今後クラスター構造の最適化,(001),(100)以外の表面との臭い分子との反応等を考慮することにより,シミュレーションをより現実に近づけてゆく予定である。香りを識別可能とするセンサの実現を目的として,種々の臭いに対するガスセンサの応答特性を測定し,臭い識別のための基礎データを収集した。今年度はその第一歩として直鎖飽和1価アルコール臭に対する市販のSnO_2ガスセンサの応答特性を調べた。実験の結果,センサの応答の定常値,および応答の過渡値がアルコールの種類によって種々異なることを明らかにした。このセンサの応答特性の違いの原因を調べるために,アルコール分子の電気的性質を分子軌道法により算出し,実験結果との比較を行った。その結果,アルコール分子の炭素数の増加にともなうSnO_2センサの応答特性の定常値の変化は,アルコール分子の炭素数の増加にともなう分極率αの増加と,またこの際のセンサの応答特性の過渡値の変化は,アルコール分子の二次の過分極率βの変化と良く一致しており,これらの間に強い相関があることが明らかとなった。このことを利用すると臭い分子の電気的性質を求めることでSnO_2センサの応答の予測が可能になること考える。またアルコール分子の電気的性質とセンサの応答が直接対応しているということから,センサ表面でアルコール分子がセンサを構成しているSnO_2に直接作用していることを示唆している。このことは可燃性ガスとSnO_2との反応が従来提案されてきた酸素を介在するものばかりでなく,可燃性ガスの分子が直接センサを構成している材料との間で電荷のやりとり等の相互作用を行う可能性を示している。今後アルコール類以外の臭い分子に対するガスセンサの応答特性を系統的に調べてのことを確認するとともに,臭い分子とガスセンサとの相互作用のより詳しいシミュレーションを行い,反応過程の特定を試みる予定である。これまで種々の直鎖形一価

アルコールに対するSnO_2ガスセンサの応答特性と,各アルコール分子の性質とを調べ,センサの過渡応答がアルコール分子の二次の超分極率に,また定常応答が分極率に強く関係付けられることを明らかにし,香り識別の可能性を示してきた。今年度はこれまでの成果を基にして,種々のガス分子とSnO_2ガスセンサ表面との反応の違いを調べるために,分子軌道法を用いた計算機シミュレーションを行い,実験結果との比較を行った。シミュレーションには半経験的分子軌道法を用い,計算機上にSnO_2クラスターを構成して種々のガス分子とSnO_2クラスターとの反応を調べた。ガスとして,水素ガス,メタノールガス,エタノールガスを用い,シミュレーション結果から現実のSnO_2ガスセンサの表面反応の説明を試みた。その結果,水素ガスは水素分子H_2のままではSnO_2と反応しないが,水素原子H^+に分解されると良く反応すること,メタノールガスは分子CH_3OHのままでも,またCH_3^+やOH^-のラジカルに分解されてもSnO_2と反応しないことを明らかにした。これに対しエタノールガスは分子のままでもSnO_2の酸素原子と反応することが判明した。このことからSnO_2ガスセンサは水素に対して高い感度を有すること,およびメタノールとエタノールとの比較ではエタノールに対して,より高い感度を有することが予想された。この結果は水素,エタノール,メタノールの順に感度が悪くなるという実験結果と良く一致し,シミュレーションの結果は現実のSnO_2ガスセンサの表面反応の一端を示しているものと考える。今後計算条件をより現実に近づけてシミュレーションを進め,香り識別のための基本的な手法を提案して行く予定である。これまで種々のアルコールおよび水素分子に対するSnO_2ガスセンサの過渡応答および定常応答特性を調べ,臭い分子自身の分極率や超分極率の違いによってセンサの応答が異なること,およびこのことを利用した臭いの識別が可能であることを明らかにしてきた。臭いやガスの種類によるセンサ応答の違いの機構をさらに詳しく調べるため,平成11年度は主として計算機上でSnO_2クラスター表面と種々のガス分子との反応過程のシミュレーションを行った。計算手法としては,計算時間が短く比較的精度の高いと言われている半経験的分子軌道法を用いた。作製したクラスター計算から,バルクのSnO_2はルチル構造で,Sn原子の回りを6個のO原子が囲んでいるが,(001)表面では4個の,また(100)表面では5個のOが囲んでいる状態が最も安定であることが示された。求めた安定なSnO_2表面に水素,メタノール,エタノールの分子を接近させたときの系の生成熱を計算し,その反応性を評価した。その結果エタノール分子はSnO_2(100)表面と反応するが,他は反応しないこと,またこれらの分子の分解種であるH,CH_3,CH_3CH_2は(001)表面と反応し,電荷が移動することが示された。またSnO_2表面にO_2分子を吸着させておくと,メタノールは吸着されたO_2分子を介してSnO_2表面と反応することが明らかになった。現在までのところこれらの計算結果は,これまでの実験結果と必ずしも一致していないが,SnO_2センサと臭い分子との反応機構の解明に種々の知見を与えた。今後クラスター構造の最適化,(001),(100)以外の表面との臭い分子との反応等を考慮することにより,シミュレーションをより現実に近づけてゆく予定である。