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商法典の理論的基礎に関する現代的再定位

第1に、商法典という法典の成立に関する歴史的前提として、ヨーロッパにおける例を手掛かりに研究し、フランス及びドイツにおける商法典の成立、そしてスイスにおける債務法の成立について論文を執筆した。第2に、わが国の商法典に関する理論的な基礎を獲得できるか研究し、わが国における商法典制定の背景、および商法典から会社法が独立したことの意味について論文を執筆した。そして第3に、わが国の商法典に規定されている個別の取引類型について、商法典の理論的な基礎との関係でどのように評価できるか研究し、とりわけ商人の継続的売買契約、および倉庫寄託契約について論文を執筆した。本年度は、以下に具体的に示す通り、今般の研究課題を実現するための下調査を中心に行い、これによって会社法の運用、あるいは商取引のありよう等の実態に関する情報を獲得することができた。これは平成23年中にまとめられるべき研究の貴重な素材となるものである。第1に、研究の目的にもあるように商法典から会社法や保険法が独立していくという実態について、また商法典がどのような形式で存在しうるかについて、比較法的な素材の収集、及びわが国における資料・情報の獲得を行った。比較法的な素材の収集については、平成22年11月にドイツにおける現地調査において、これを行うことができた。具体的には、ドイツ法務省の会社法関係の立法担当官、及びデュッセルドルフ大学教授Noack氏に対するインタビューにおいて、ドイツにおける会社法の位置づけについて調査することができた。また、わが国における資料・情報の獲得については、平成22年10月の私法学会に参加し、会社法・保険法が独立したのちの商法典の体系的あり方について知見を得たほか、商法制定間もない時期の多くの文献を購入し、その内容を調査している。第2に、今日の実務における会社法の運用や商取引のありようについては、やはり平成22年11月のドイツにおける現地調査において、VolkswagenやContinentalといったメーカー、あるいはAllianzやHannover再保険といった金融機関、さらにDeutsche Postのような公益企業において、その実態について若干のインタビューを行うことができた。また、平成22年9月には静岡市所在の鈴与株式会社を訪問し、清水港を中心とした海上運送及び港湾運送取引のあり方について実地調査を行った。本年度は、一定の研究成果を出すことを目的に研究を進めたが、前年度に引き続き、今般の研究課題を実現するための下調査が中心となった。この2年間の下調査で得られた知見は、平成24年度に具体的な研究成果にまとめる方向で現在、準備をしている。第1に、商法典から会社法や保険法が独立していくという実態について、前年度のドイツに続き、今年度はフランスにおいて情報収集を行った。具体的にはパリの弁護士事務所、官庁、大学丸及び商事裁判所において、フランスの商法・会社法の運用について聞き取りを行い、かの地における商事立法における団体法の位置づけについて貴重な聞き取りを行うことができた。第2に、商行為法の改正に伴う理論的研究としては、社団法人商事法務研究会において行っている運送法勉強会に参加し、運送法改正の前提となる比較法的研究(英米独仏の運送法制調査)を行ってきた。松井はドイツにおける運送法の体系を調査研究の上、報告を行った。これは商事法務研究会における内部報告書(非公開)としてまとめられるほか、平成24年度中に公表用の論文としてまとめる予定となっている。第3に、今日の商取引の実務(理論の具体的な取引への反映)については、松井がリーダーとなって商法研究者4名、民法学者1名、経済法学者1名、流通論研究者1名からなる商取引法研究会を組織した。震災の影響で当該研究会の具体的な始動が年度の後半にずれ込んだが、平成23年12月から2か月に1回のペースで実務家をゲストに招いて、今日の具体的な商取引とこれをめぐる法的規律について聞き取り調査をしている。平成23年度内には、商社、百貨店の法務部経験者からの聞き取りを行い、極めて有用な情報を獲得することができた。本年度は、最終年度ということもあり、これまで十分に研究ができていなかった部分に踏み込んで取り組むとともに、研究成果を公表することに尽力した。なお、研究実施計画に示した3点の内容に関する取り組みについては、以下のとおりである。第1に、商法典という法典の存在それ自体に関する比較法的研究については、スイス法やイタリア法に関する研究調査を進めた。このうち、スイス法に関する部分については一定の成果を論文として取りまとめることができた(現時点では未公刊)。特にスイスにおいては、民法典(債務法)に商事事項の規定が置かれているが、このような立法がなされた背景や考え方についての研究を行うことができた。第2に、商法典の存立意義に関する理論的研究、そして商行為法に関する理論的研究については、売買契約のうち継続的な売買契約、そして倉庫寄託契約に関して論文に取りまとめることができた(売買契約については現時点で未公刊)。なお、これらの論文については、当該契約に関する実務も踏まえた内容(インタビュー等から得られた知見を反映した内容)となっている。

その意味では、研究実施計画における第3点目の内容、すなわち理論を具体的な商取引法の実務に反映するという観点からの研究計画も、これらの論文を通じて実現することができたと考えている。本年度は、一定の研究成果を出すことを主たる目的として研究を進めた。そこで前年度に引き続き、今般の研究課題を実現するための下調査を継続しつつ、その調査の結果を一定の研究成果にまとめる作業を中心に行った。第1に、商法典から会社法や保険法が独立していくという実態に対する理論的分析について、残念ながら当初予定していたスイス法やイタリア法の情報収集を行うことは十分なしえなかった。だが、前年度までのドイツ法およびフランス法の情報収集等を踏まえて、商法典という法典の存在が19世紀の歴史的な背景、あるいはそれが成立した地理的要因に結び付けられていることをについて、論文として研究成果にまとめることができた(商事法務より平成25年度秋から冬に出版予定の論文集に収録予定)。第2に、商行為法の改正に伴う理論的研究としては、前年度までにおこなったドイツの運送法に関する研究について出版計画が進展していないため、これが公表用の論文の形にまで進んでいない。他方で、社団法人商事法務研究会において新たに実務家を交えた運送法制研究会が開始し、これに参加して現在のわが国の運送法の今後のあり方について研究を重ねている。いずれにせよこの点については、少なくとも運送法分野につき、外部未公表ではあるが報告書という形での成果を残していることから、あとは外部に公表できる環境が調うのを待つことになる。第3に、今日の商取引の実務(理論の具体的な取引への反映)に関する研究については、松井がリーダーとなって実施している商取引法研究会を継続して開催し、繊維メーカー、食品メーカー、陸上運送、海上運送の法務経験者からの聞き取りを行い、極めて有用な情報を獲得できた。これに加えて、個人的に継続的売買(新聞販売店契約)に関する調査を行い、これにまつわる判例の評釈を公表することで成果を残すことができた。平成22年及び23年度に予定していた、ドイツ、フランスにおける現地調査は、当初の予定通り達成することができ、有用な情報を得ることができた。また商行為法改正等の理論的研究、あるいは具体的な取引実態の調査も、シンポジウム、勉強会、研究会、あるいは現地インタビュー調査等、多様な媒体を通じて行えている。ただ、これら獲得された情報を論文としてまとめる作業については、運送法に関する報告書のための文章を完成したほかは、まだ具体化しておらず、この点において遅れが出ている。これは、松井において、得られた情報のとりまとめの構想が完成していないことによるが、平成24年度中には一定の成果を出す方向で進めていきたい。25年度が最終年度であるため、記入しない。商法典からの会社法や保険法の独立という問題に関する研究については、ドイツ、フランスに関する調査を前提とした論文を執筆することができたが、スイスやイタリアに関する調査がまだ進んでいない点でやや遅れている。
エアロゾル雲凝結核能の物理化学

本年度の研究では、実大気中に存在する煤粒子が持つ雲凝結核能の被覆量依存性について定量的に調べるため、揮発分離型タンデムエアロゾル質量分級器の開発・及びそれを用いた実大気粒子の観測を行った。観測の結果、煤粒子が雲凝結核として機能するためには0.1fg程度の被覆量が必要になることが明らかになった。また、被覆量・雲凝結核能より被覆量成分の見積りを行ったところ、非水溶性有機物が主成分であることが明らかになった。これまでに行われた先行研究では、粒子の分級手法として移動度分級器が用いられてきた。しかしながら、電子顕微鏡により煤粒子の観察によると煤粒子は非球形の複雑な構造を持っていることが明らかになっているため、流体抵抗に基づく移動度分級器を用いた手法では被覆量を定量的に評価することが不可能であった。そのため本研究では新たに遠心力に基づく質量分級器を使用することにより、定量的に被覆量を測定する手法を開発した。煤粒子は光を吸収するため、二酸化炭素と同様に正の放射強制力を持つ。従って、煤粒子の地球上における分布・収支を定量的に把握することは地球温暖化の正確な予測に不可欠である。煤粒子の除去過程は主に降水により湿性沈着であるが、これまでは煤粒子が雲凝結核能を得るのに必要な被覆量が定量的に把握されていなかったため、全球モデル内では厳密な根拠が無い曖昧な数字が用いられてきた。そこで本研究の成果を利用することにより、より定量的な温暖化予測が可能になることが期待される。本年度行った研究は、以下の通りである。1.微分型静電分級器(DMA)の開発を行った2.開発した装置を使用した観測を中国北京市で行った3.エアロゾル質量分級器を用いた、CCNカウンタの新たな校正法を確立した1.においては、本研究にとって必要不可欠なDMAの開発を行った。市販品のDMAも存在するが、それらは非常に高価である。従ってDMAが3-4台必要となる本研究を遂行するためには、安価に自作することが求められる。結果として、市販品以上の性能を持つDMAが1/4程度の費用で開発された。2.については、エアロゾル雲凝結核能粒径分布の測定を中国北京市郊外に位置するYufa-Huang pu Universityにおいて行った。3.では、エアロゾル雲凝結核能の研究に不可欠なCCNカウンタの新たな校正法を考案した。従来の方法では、DMAにより粒径選別を行った硫酸アンモニウム粒子の雲凝結核能を測定することにより、CCNカウンタ内の過飽和度を推定していた。この方法では硫酸アンモニウム粒子が持つ熱力学的性質を記述するモデルの不確定性が、推定値に大きな差をもたらすことが近年明らかになってきた。従って最近の研究では二重確認のため、硫酸アンモニウム粒子のほかに熱力学的特性がよく知られた塩化ナトリウム粒子の測定を行う例が増えてきている。しかしながら、その二つの推定値は一致しない。本研究では、その原因がNaCl粒子の非球形性に起因するものであるとの仮説を立てた。そしてその検証を行うために、エアロゾル質量分級器を用いた新たな校正法を考案した。実際に測定を行った結果、硫酸アンモニウムを用いた場合の推定値と塩化ナトリウムを用いた場合の推定値は非常によく一致し、従来に比べてCCNカウンタ内の過飽和度を従来に比べ一桁高い精度で見積もることに成功した。
ノード内並列に適した量子モンテカルロ電子状態計算の新しい配位更新法の開発と検証

当該モンテカルロ法で用いられる配位更新においては、全ての粒子位置を斉次に更新する事は必ずしも必要ではないため、一つ一つを逐次的に更新する方法が一般的に広く採用されている。この逐次更新では、着目粒子以外の粒子位置について現段/前段の位置のいずれを採用するかに自由度があり、前段位置を採用することで新たな並列多重度を生み出せる。本研究では、この並列多重度にGPUのメニーコア並列化を適用する事で、当該サブルーチン部分に数十倍に高速化を実現する事に成功した。当該モンテカルロ法では、N個の粒子位置がステップ更新の対象となるが、全ての粒子位置を斉次に更新する必要は必ずしも無く、一つ一つを逐次的に更新する方法が一般的に広く採用されている実装である。逐次更新では、着目粒子以外の粒子位置について現段/前段の位置のいずれを採用するかに自由度があり、前段位置を採用することで新たな並列多重度を生み出せる(研究代表者による考案と実証)。平成25年度においては、既にGPUに移植済の逐次更新/倍精度演算コードを基として、「逐次更新/倍精度演算」から「逐次更新/単精度演算」、更に「準斉次更新/単精度演算」と実装開発を進めた。この過程で、「項目1)単精度化による誤差がシミュレーションに要求される化学的精度の範囲に収まるか?」、「項目2)準斉次更新により統計誤差の範囲内で結果が一致するか?」について検証を行った。ノード内のGPU演算コアには、更にブロックやスレッドといった階層性が存在するので、(電子数N) ×(軌道数L)のノード内並列を、ブロックとスレッドに如何に配分するか(スレッディングモデルの設定)について、可能ないくつかの組み合わせが考えられる。そこで、「項目3)加速化因子のスレッディングモデルへの依存性検証」を行い、異なるいくつかのスレッディングモデルに関してコードのチューニングを行った。逐次更新では、着目粒子以外の粒子位置について現段/前段の位置のいずれを採用するかに自由度があり、前段位置を採用することで新たな並列多重度を生み出せる(申請者による考案と実証)。平成25年度は、コード実装を集中的に行い、既にGPUに移植済の逐次更新/倍精度演算コードを基として、「逐次更新/倍精度演算」から「逐次更新/単精度演算」、更に「準斉次更新/単精度演算」と実装開発を進めた。本研究での遂行対象に据えたモンテカルロステップ更新部分のみならず、これに続くエネルギー算定部分にまで当該並列算法の適用を進め、同程度の高速化を達成することが出来た。さらに当初の研究計画範囲を更に超えて、「データ構造を改変して、CPU-GPU間でより高速なデータ転送を実現すること」及び「CPU逐次演算向けに逐次的に並んでいたエネルギー各項評価の順番を並列処理向けに組み直したこと」の二点について大きな進展を得て、コード全体の実用性向上に向けて、より高い達成度を実現した。平成26年度以降においては、より少ない電子数をもつ系での加速化測定から、本算法の適用対象系システムサイズ依存性を検証し、データ転送時間やメモリレイテンシの測定から、理論性能に対し十分な程度を達成しているかを考察した。更に、リードオンリーメモリの利用有無に関する性能向上が可能かを検証した。並行して、北陸先端大保有のGPU搭載の大規模クラスタ計算機や、京スパコンでのノード内資源などを利用し、更に大規模なノード間並列とメニーコアのノード内並列がよく共存し、ノード間並列度数に応じて性能がリニアに向上するかどうかを検証した。物性理論、計算物理学平成25年度においてコード実装を集中的に行い、コード全般の構造を見直す事で達成目標は全て完遂する事が出来た。この過程においては、本研究での遂行対象に据えたモンテカルロステップ更新部分のみならず、これに続くエネルギー算定部分にまで、当該並列算法の適用を進め、同程度の高速化を達成することが出来た。エネルギー算定部分はステップ更新部分と並立する律速部分であり、実用上の高速化を確保するには、この部分にも並行して新算法を実装することが必要となる。エネルギー算定部分には、ステップ更新部分で開発した根本的な構造改変に加えて、軌道値の評価のみならず、軌道の勾配値や二階微分値の評価が必要となるとなるため、その実装はより煩雑となるが、初年度中の研究内容として、無事、この事項を完遂した。さらに当初の研究計画範囲を更に超えて、「データ構造を改変して、CPU-GPU間で、より高速なデータ転送を実現すること」、及び、「CPU逐次演算向けに逐次的に並んでいたエネルギー各項評価の順番を並列処理向けに組み直したこと」の二点について大きな進展を得て、コード全体の実用性向上に向けて、より高い達成度を実現した。

平成26年度においては、「項目4)より少ない電子数をもつ系での加速化測定から、本算法の、適用対象系システムサイズ依存性を検証する」、「項目5)データ転送時間やメモリレイテンシの測定し、理論性能に対し十分な程度を達成しているかを考察する」の各項目を明らかにする、更に、「項目6)リードオンリーメモリの利用有無に関する性能向上が可能かを検証する」といった研究事項を遂行し、これら結果を物理系欧文誌の原著論文にとりまとめる。並行して、北陸先端大保有のGPU搭載の大規模クラスタ計算機や、京スパコンでのノード内資源などを利用し、更に大規模なノード間並列と、メニーコアのノード内並列がよく共存し、ノード間並列度数に応じて性能がリニアに向上するかどうかを検証する。GPUによる加速をインパクトとして主張する場合、マルチコアCPUへの優越性を勘案すると、10倍以上の加速が達成されないと原著論文への成果採録は難しい。GPGPUによる加速達成は一般には容易ではなく、数倍の加速に打ち止まってしまう可能性もある。この場合には、GPUによる加速には拘らず、統計誤差範囲内での一致のみに検証事項を傾注して、準斉次更新法の検証という観点で一旦、成果を原著論文に取りまとめる。GPU上で開発した算法実装をマルチコア/メニーコアプロセッサに移植して、この方向での研究展開に主軸を移す。平成25年度の消耗品費残額と、その繰越しについては、当初、執行を予定していた計算機クラスタ購入式数が予定より少なく済んだ事に起因している。これは、別途、学内措置の予算による計算機購入で、これを本研究にも併用する事が可能となったためである。繰り越し分については、今年度の消耗品費に充当し、繰り越し分も含めた計算資源の増強規模を見据え、計画的に執行する予定である。
山岳地における登山者の屎尿の影響とその対策に関する研究

山岳地における屎尿処理の影響の評価には、利用者の動態の把握が基礎的情報として欠かせない。しかし山岳地の利用者の把握は、気象条件や地理的条件により制約も多く、役所の統計等のみでは不十分な場合が多い。そこで利尻山の登山口に無人の赤外線カウンターを設置し、1シーズンをとおした登山者数の把握および手法上の問題点を探った。また、屎尿の散乱が見られる場所、登山道の崩壊が著しい場所を記録するために、GPSを用いて地図上に記録した。夏期の2002年6月18日から8月16日までに鴛泊コースを往復する登山者数は約8,500人と推察された。6月下旬から7月上旬の週末に集中した。時間帯では午前5時台、次に午後3時台が多く、午後9時から午前3時までの夜間にも登山者が計測され、山頂より日の出を見るために夜間に入山する登山者が少なくないことが明らかとなった。GPSによって記録した、植生が踏みつけられ、大便や使用済みの紙が散乱していた場所と、登山道の崩壊が著しい場所を地図上に記録した。用便が確認されたのは、鴛泊登山口から分岐の間で18箇所(避難小屋周辺含む)、沓形登山口から分岐の間で4箇所(避難小屋周辺含む)、および山頂付近であった。登山道上でもっとも幅員が大きかったのは、沓形コースとの分岐点から直上部の8.6mであった。最も深く登山道が洗掘されていたのは、その上部で、V字型にえぐれ、3mの深さがあった。いずれも火山礫が主体となる標高1,450mから上部である。また利尻山頂上直下では登山道脇の崩落が進んでおり、登山道の幅が1mに満たない箇所もみられた。赤外線カウンター、GPSを用いることによりインパクトの大きい場所の特定や登山者の動態の把握が可能となり、今後の山岳地管理に有用な情報が得られた。その一方で、カウンターの計測ミスなどの問題も明らかとなり、さらに検討が必要と思われた。今年度は、大雪山国立公園の南沼野営指定地、利尻礼文サロベツ国立公園利尻山の鴛泊コース、沓形コースの登山道・避難小屋周辺を対象にした踏み分け道と屎尿や紙の散乱程度の調査、両国立公園の登山者へのアンケート調査を行った。大雪山国立公園においては、南沼野営指定地で、利尻山については鴛泊コースの登山口である野営場においてアンケート調査を行った。また、関係者の聴き取り調査も行った。その結果、携帯トイレが配布・回収されている利尻山においても登山道の脇や、避難小屋の周辺に屎尿や紙が散乱していた。登山道の脇で放置されやすい場所としては、休憩地点近辺、茂みの中、岩蔭等であった。また、使用後の携帯トイレも、山頂付近や、避難小屋の近辺、避難小屋脇に設置された携帯トイレ用テントブース近辺に、数個放置されていた。南沼野営指定地のまわりには、縦横に用を足すための踏み分け道が分布していたが、2年前に行った同様の調査時よりも踏み分け道の数や位置に大きな変化は認められなかった。両調査地点の水場で、パックテストによる飲み水の水質検査も行ったが、大腸菌等は検出されず、水質は良好であった。アンケート調査では、野営地や避難小屋にトイレを新設してほしいとする要望が多かったのに加え、登山者自身による携帯トイレなどによる屎尿や紙の持ち帰りをするべきとの意見もみられた。携帯トイレについては、その持ち運びへの抵抗感や回収場所の必要性が指摘された。

赤外線カウンター、GPSを用いることによりインパクトの大きい場所の特定や登山者の動態の把握が可能となり、今後の山岳地管理に有用な情報が得られた。その一方で、カウンターの計測ミスなどの問題も明らかとなり、さらに検討が必要と思われた。
血管へのsiRNA送達による難治性肺転移がんに対する新規治療法の創製

今年度では、抗がん剤耐性となった乳がん細胞4T1/DOXの作成を行った。IC50程度の濃度のドキソルビシンに暴露した4T1細胞を8週間程度培養し続けることで、通常の4T1細胞と比較して100倍程度ドキソルビシン耐性を持った4T1/DOX細胞の確立に成功した。この作成したがん細胞を移植した担がんマウスを作成し、ドキソルビシン封入リポソームを投与したところ、通常の4T1細胞を移植した場合にはドキソルビシン封入リポソームが奏功したものの、耐性株ではドキソルビシンによる治療効果が認められなかった。そこで、これまで我々が開発したがん血管を標的とするRGDペプチドを修飾したsiRNA封入脂質ナノ粒子にvascular endothelial cellsgrowthfactor receptor 2(VEGFR2)に対するsiRNAを内封し投与したが、効果は認めれなかった。一方で、その抑制によって非生産的な血管の増加を介してがんの成長を抑制することが知られているdelta-like ligand 4(DLL4)に対するsiRNAを投与したところ、overall survivalの延長が認められた。VEGFR2のsiRNAを内封したRGD-MENDは原発巣においては奏功したことを明らかにしており(Sakurai Y et al. J Control Release 2013)、原発がんと転移がんでは治療標的が異なる可能性が示唆された。ドキソルビシン耐性の転移がんの作成と、siRNA内封した脂質ナノ粒子による治療効果が得られたことにより論文報告(Sakurai Y et al., Mol Ther Pncolytics 2018)に論文報告するなど、当初の計画では2019年度以降に行う予定であった結果が得られたため。2019年度においては、引き続き内皮細胞に対する新規のリガンドの探索や修飾方法の最適化をすすめる。また、初年度において検討していたクリック反応を用いた蛍光標識方法の確立についても、銅触媒の有無、反応温度の観点などから引き続き検討を進める予定である。
ヒトの加齢および神経疾患に伴う上肢筋の粘弾性変化の評価とその調節機構に関する研究

1.研究背景と目的本研究は、現在試作している可変性粘弾性装置をもちいて運動中の筋の動特性を評価する方法を確立し、健常者およびパーキンソン病患者における神経筋の機能的適応制御の機構を明らかにする。2.研究成績1)粘弾性装置の改良トルクモータを改良し、また電磁パウダークラッチの磁気特性に起因する非線形性とヒステリシス特性を磁気材料の変更により改良することにより3.7NM/radのトルクを発生することができる装置を制作することができた。2)パーキンソン病患者を対象とした長潜時反射の研究筋固縮は持続性の伸張反射の亢進状態であり、筋の他動的伸長にさいして持続的な抵抗として感知される。長潜時反射はパーキンソン病(PD)患者で亢進し、反射の大きさは筋固縮の程度と相関することが報告されている。今回、淡蒼球破壊術を行ったパーキンソン病患者で長潜時反射を誘発し反射の大きさを手術前後で比較検討した。対象は左後腹側淡蒼球破壊術を行ったパーキンソン病患者(PD)11名とした。被験者を椅子に座らせ、右前腕を固定し、右手関節の回転軸を可変性粘弾性装置のトルクモーターの回転軸と一致させた。被験者にとって最も楽な手の位置を正中位とし、0.7kgmのトルクを手に負荷した状態で正中位を保持させた。2.4秒毎に手に3.7kgmのトルクを500ms間負荷することによって前腕の屈筋を伸張した。被験者には伸張刺激に対して抗しないように指示した。長潜時反射は20.25回の試行を加算平均して求めた。伸張により誘発される筋電図で30.60msを短潜時反射(M1)、60.90msを長潜時反射(M2.3)とした。筋固縮は淡蒼球破壊術により11症例とも消失した。健常者および手術の前後のM1成分には有意差は認められなかった。M2.3成分は健常者に比べPD患者では大きいが、手術により小さくなる傾向を認めた。PD患者では、手術後手関節角度の変位量から求めた筋のスティフネスは手術前に比べ20.30%減少していた。淡蒼球破壊術後筋固縮が消失したが、長潜時反射成分は健常者に比較して明らかに亢進した状態であった。このことは筋固縮と長潜時反射の亢進とが単純に結びつかないことを示している。手術後長潜時反射および筋のスティフネスの減少の一因としては破壊術によりこの抑制系が減少したことによると考えられた。ヒトの運動機能の研究方法の一つとして視標追跡運動が用いられている.

この視標追跡法をもちいた上肢の運動解析は,追跡運動中に上肢にかかる負荷量が一定である条件下でなされてきた.しかし,日常生活においては、自動車のハンドルやドアのノブのように回転させるに従って負荷が大きくなる仕事が多いことから,ヒトの運動機能を評価するためには可変的に負荷量が変化する条件下で運動がどのように制御されているかを研究することが重要である.制御理論によれば,環境との接触作業における運動制御は筋の粘弾性係数を調節することによって制御がなされていることが示唆されている.しかし,ヒトでは運動中に筋の粘弾性がどのように制御されているかについての知見はほとんどない.接触作業中の筋の粘弾性を測定する為には粘弾性の負荷量を変える必要があるが,追跡動作中に粘弾性を可変的に変えることが出来る装置は未だ開発されていない.本研究は,現在試作している可変性粘弾性装置を改良し,運動中の筋の粘弾性を計測することができる装置を試作し,この可変性粘弾性装置装置を用いて,各年齢の健常者を対象に,連続運動中の手関節回りの筋の粘弾性を測定し,加齢と運動機能の関係を明らかにする.さらに,筋トーヌスの異常をきたすことが知られている神経疾患のうちパーキンソン病患者と小脳変性症患者を対象に同様の実験を行い各疾患の運動障害の病態を解明する.各疾患群において運動時の筋の動特性にもとづいたリハビリテーションの方法を考案し,さらにリハビリテーションの効果を同装置を用いて経時的に評価をする.筋固縮は持続性の伸張反射の亢進状態であり,筋の他動的伸張にさいして持続的な抵抗として感知される.長潜時反射はパーキンソン病(PD)患者で亢進し,反射の大きさは筋固縮の程度と相関することが報告されている.今回,淡蒼球破壊術を行ったパーキンソン病患者で長潜時反射を誘発し反射の大きさを手術前後で比較検討した.対象は左後腹側淡蒼球破壊術を行ったパーキンソン病患者(PD)3名とした.患者3名のうち2名はYahr III,1名はYahr IVであった.被験者を椅子に座らせ,右前腕を固定し,右手関節の回転軸を可変性粘弾性装置のトルクモーターの回転軸と一致させた.被験者にとって最も楽な手の位置を正中位とし,0.7kgmのトルクを手に負荷した状態で正中位を保持させた.2-4秒毎に手に3.7kgmのトルクを500ms間負荷することによって前腕の屈筋を伸張した.被験者には伸張刺激に対して抗しないように指示した.長潜時反射は20-25回の試行を加算平均して求めた.伸張により誘発される筋電図で30-60msを短潜時反射(M1),60-90msを長潜時反射(M2-3)とした.筋固縮は淡蒼球破壊術により3症例とも消失した.健常者および手術の前後のM1成分には有意差は認められなかった.M2-3成分は健常者に比べPD患者では大きいが,手術により小さくなる傾向を認めた.PD患者では,手術後手関節角度の変位量から求めた筋のスティフネスは手術前に比べ20-30%減少していた.淡蒼球破壊術後筋固縮が消失したが,長潜時反射成分は健常者に比較して明らかに亢進した状態であった.このことは筋固縮と長潜時反射の亢進とが単純に結びつかないことを示している。手術後長潜時反射および筋のスティフネスの減少の一因としては破壊術により抑制系が減少したことによると考えられた。1.研究背景と目的本研究は、現在試作している可変性粘弾性装置をもちいて運動中の筋の動特性を評価する方法を確立し、健常者およびパーキンソン病患者における神経筋の機能的適応制御の機構を明らかにする。2.研究成績1)粘弾性装置の改良トルクモータを改良し、また電磁パウダークラッチの磁気特性に起因する非線形性とヒステリシス特性を磁気材料の変更により改良することにより3.7NM/radのトルクを発生することができる装置を制作することができた。2)パーキンソン病患者を対象とした長潜時反射の研究筋固縮は持続性の伸張
数論における幾何・トポロジーの新展開とアルゴリズム

本研究では、数論・代数・幾何など純粋数学の融合的な研究をおこない、合わせて、それらを社会的に実用する研究をおこなった。純粋数学分野では、楕円曲線と呼ばれる曲線の、普遍族から得られるモチーフの構成を行った。また、代数曲線の数論的基本群のl進線形表現が与えられたとき、その有理点から来る像が全体の像の中で「有限個の例外を除き大きい」ことを示した。社会的実用方向の研究として、高速な数値積分アルゴリズムを開発した。数値積分アルゴリズムは代数曲線の有理点を用いて構成された点集合に対して、変形を行い、研究代表者が導入した「WAFOM」という評価基準により選定された点集合を用いる。松本は曲線の基本群に付随するガロア表現と写像類群の表現の比較について、米国Institute of Advanced Studyが主催するPark City数学研究所サマースクールにおいて招待講演を行った。講演内容は講義録として投稿中である(査読あり)。さらに、楕円曲線の普遍族に付随する普遍モノドロミー表現の生成元を決定し、論文を準備中である(R.Hainとの共同研究)。また松本は斎藤睦夫と、べき級数基底簡約を用いて動的に最適化する、グラフィックプロセッサ用疑似乱数発生法MTGPを開発し、ホームページ上で配布開始した。論文は投稿中である。基底簡約を通して、グラフィックプロセッサ用にCUDA社が配布しているCURAND乱数の欠陥を解析し、シドニーでのMCQMC国際学会で発表した。松本・斎藤睦夫・K.Matobaは離散フーリエ変換に基づくQuasi Monte Carlo点集合の高速計算可能な新指標Walsh Figure of Meritを提案し、論文を投稿中である。斎藤秀司はM.Kerzと、コホモロジー論的Hasse原理を示し、論文はPublicationIHESに受理されている。望月は圏論的タイヒミュラー理論の構築を進め、星は双曲曲線におけるガロア表現のモノドロミー充満性について、楕円曲線との違いを際立たせる結果を示している。玉川はM.Saidiと、有限体上の曲線の遠アーベル幾何のHom版をある条件のもとに示した。古庄はEnriqueと、Grothendieck-Teichmuller群の1の冪根版の構成を行った。研究代表者は、オーストラリアJosep Dick准教授との共同研究で、準モンテカルロ法において重要な(t,m,s)-ネットのt値を、離散フーリエ変換を用いて高速に計算するアルゴリズムを開発した。論文は出版済みである。また、積分誤差を評価するWalsh figure-of-merit (WAFOM)の値が小さい点集合が存在することを芳木氏と示した。研究代表者は、米国Duke大学Richard Hain教授と一点抜き楕円曲線の基本群から得られるモチーフについて論文を執筆中である。連携研究者玉川氏は、フランスEcole PolytechniqueのAnna Cadoret准教授との共同研究で、代数曲線X/kの数論的基本群のl進線形表現を一つ固定すると、Xのk有理点xに対応するガロア群の像が有限個の素点を除いて表現の像の中の開部分群となり、その指数は上から表現のみによる定数でおさえられることを、表現の像がLie perfectという条件のもとで示した。成果はDuke Math Journalに発表されている。本課題により、7月に広島大学で整数論集会、3月に広島大学で分岐被覆国際集会を開催した。連携研究者古庄氏は3月日本数学会において、代数学賞受賞記念特別講演「アソシエータとその周辺」を行った。研究代表者は、オーストラリアからJosep Dick准教授を招へいして共同研究をおこない、準モンテカルロ法において重要な(t,m,s)-ネットのt値を、離散フーリエ変換を用いて高速に計算するアルゴリズムを開発し、共同論文として投稿した。また、アメリカからArt Owen教授を招へいし、相補的な低齟齬点集合を多数用いた、準モンテカルロ法のランダム化の研究に着手した。また、望月新一氏の構成したGraph of anabelioidにおいて、anabelioidを淡中圏に置き換えることで、affine群スキームの自由積や融合積を含む幅広い構成を可能とした。研究代表者は、2011年にユタパークシティ数学研究所で行った招待連続講演をもとに、モジュライ空間の数論に関する論文を執筆し、AMSに受理されている。連携研究者望月は、ABC予想に対する証明を与えた。InterUniversal Geometryと名付けられた斬新な手法によるもので、長編の論文4つから構成されており、現在その検証を進めている。7月に東北大で整数論集会、12月に東大でモチーフ国際集会を、3月に首都大で分岐被覆集会を開催した。モチーフ集会では3名の海外研究者を招聘し成果を聞いた。7月ポーランドECMにて鎌田が、9月ドイツにて古庄が成果発表を行った。研究代表者は、東京大学大堀龍一氏との共同研究で、準モンテカルロ積分に有効な低WAFOM点集合を探索し、多くの滑らかな被積分関数で、従来にない高速な収束を見せることを明らかにした(論文投稿中)。点集合の構成には、Niederreiter-Xing sequenceと言われる有限体上種数に比して有理点が多い代数曲線から構成した点集合(古典的にGoppa符号と呼ばれる代数幾何符号をより精密化したもの)に対し、原瀬によるOwen linear-scrambleを用いてWAFOM値を小さくする技術、並びに松本ー大堀ー芳木によるWAFOM値の指数関数による近似を用いる。

さらに、このように構成された低WAFOM点集合列を巧みに用いることで、多次元均等分布の累積関数の数値近似が高速で求められるアイデアをつかみ実験中である。研究にはオーストラリアJosef Dick准教授との討論が重要な役割を果たしている。また、研究代表者は、米国Duke大学Richard Hain教授を本科研費にて招聘し、一点抜き楕円曲線の基本群から得られるモチーフについての共同研究を進め、論文を執筆中である。連携研究者玉川氏は、フランスEcole PolytechniqueのAnna Cadoret准教授との共同研究で、ガロア表現の族の像のある種の連続性についてしめした。成果はJournal of Algebraに発表されている。連携研究者星氏は、体の和の構造をガロア群から再構築する研究(Publications RIMSに掲載)、曲線の属に関するGrothendieck予想(東大紀要に掲載)を行った。仙台で整数論集会、京都でIU幾何に関する集会を行った。本研究では、数論・代数・幾何など純粋数学の融合的な研究をおこない、合わせて、それらを社会的に実用する研究をおこなった。純粋数学分野では、楕円曲線と呼ばれる曲線の、普遍族から得られるモチーフの構成を行った。また、代数曲線の数論的基本群のl進線形表現が与えられたとき、その有理点から来る像が全体の像の中で「有限個の例外を除き大きい」ことを示した。社会的実用方向の研究として、高速な数値積分アルゴリズムを開発した。数値積分アルゴリズムは代数曲線の有理点を用いて構成された点集合に対して、変形を行い、研究代表者が導入した「WAFOM」という評価基準により選定された点集合を用いる。研究代表者は、数論・代数学のアルゴリズム的側面として、高速な数値積分アルゴリズムを開発した。Niederreiter-Xingによる代数曲線の有理点を用いた(t,m,s)ネットに対し、スクランブルと呼ばれる変形を行い、研究代表者が導入した「WAFOM」という評価基準により選定された点集合を用いて準モンテカルロ積分を行う。なめらかさの高い関数に関しては、既存の数値積分法よりも高速であることを実験的に確認した。この方法は次元が高くなると有効でなくなるが、WAFOMへのパラメータの導入により16次元程度まで有効な点集合を構成することができた。また、指数関数の準モンテカルロ積分誤差とWAFOMは定数倍を除いて一致することを示した。純粋数学の側面では、普遍的楕円曲線から誘導されるモチーフをR.Hainと構成した。Deligneらの混合Tateモチーフが種数0の理論であるのに対し、本研究で導入されたモチーフは種数1のモジュライ空間から得られる理論である。このモチーフはリー環の構造をもっており、楕円ポリログに対応する生成元をもち、一部の関係式はcusp formにより与えられる(論文投稿中)。連携研究者玉川らは、有限体上の代数曲線の双有理グロタンディーク予想について、より精密化した結果を得た。成果はAdv. Math.に発表されている。星は、双曲的代数曲線のpro-
神経管形成に必要な平面内極性を制御する内的および機械的刺激の解析

神経管は、神経上皮細胞層が前後軸に沿って陥入し、管腔を形成したものである。神経上皮細胞層が陥入する際には、平面内極性分子Celsr1が背腹軸方向の細胞間接着に分布し、アクチン繊維を極性収縮させるが、Celsr1を背腹軸方向に分布させるための上流シグナルは未解明である。そこで、細胞に加わる機械的刺激やWntリガンド等の内的刺激がCelsr1を極性分布させる可能性について検討を行っている。今年度は、Wnt分子の細胞外小胞を介した分泌におけるBARタンパク質の関与について検討した。BARタンパク質は、脂質膜に結合して突起構造や陥入構造を形成することが知られ、Wnt8aの細胞突起への分布を介した細胞間情報伝達に関与するとの報告や、神経管形成に関与するとの報告がある。またこれまでの検討で、数種類のBARタンパク質が形成中の神経管の内腔に分布することを見出しており、Celsr1の極性分布に関与する可能性がある。そこでまず、数種類のWnt分子に内部タグを付加して293-FS細胞に発現し、その培養上清から細胞外小胞を調製し、解析した。その結果、Wnt分子はいずれも大部分がエクソソーム画分に検出され、一部がマイクロベシクル画分にも検出された。次に、BARタンパク質がWntの分泌に与える影響を調べるため、Wnt分子と活性化BARタンパク質を共発現した細胞の培養上清から細胞外小胞を調製し、解析を行った。その結果、一部のWntはBARタンパク質依存的に分泌が増加することが示唆された。Celsr1の極性形成に重要と考えられるWntの分泌過程において、BARタンパク質が関与する可能性があるという新たな知見を得ることができた。平成30年度の研究成果に基づき、その発展を図る。まず、Wntの細胞外小胞を介した分泌におけるBARタンパク質の関与を、Wnt下流分子の活性化も含め、より詳細に調べる。また、WntおよびBARタンパク質を発現した細胞で免疫染色を行い、細胞突起や分泌小胞において両者が共局在するかを調べる。さらに、内在性のWntを分泌する上皮細胞でBARタンパク質のノックダウンを行い、Wnt分泌への影響を調べる。また、Wnt発現細胞とCelsr1発現細胞を共培養し、Wnt発現細胞でBARタンパクを発現またはノックダウンした際にCelsr1の極性分布が変化するかを調べる。そして、ニワトリ胚でBARタンパク質をノックダウンし、Celsr1の極性分布に影響が出るかを調べる。我々は、神経上皮細胞層が陥入する際に、平面内極性分子Celsr1が背腹軸方向の細胞間接着に分布し、アクチン繊維を極性収縮させることを明らかにした。しかしながら、Celsr1を背腹軸方向に分布させるための上流シグナルについては未解明である。そこで、細胞に加わる機械的刺激、およびWntリガンドや膜制御分子による内的刺激が、Celsr1を極性分布させる可能性について検証を行った。まずCelsr1-EGFPを安定発現する培養上皮細胞株を伸縮性チャンバー上で培養し、その細胞層を細胞伸展器により一方向に伸展させた。しかしながら、チャンバーの伸展方向とCelsr1-EGFPの分布との明らかな相関は認められなかった。次に培養上皮細胞系においてWnt発現がCelsr1の極性分布を引き起こすかを検討した。Wnt5aをDox誘導性に発現する上皮細胞株を作製し、Celsr1-EGFPを安定発現する上皮細胞株と混合培養(細胞数:Celsr1細胞>>Wnt細胞)して、Wnt発現を誘導した際にCelsr1-EGFPが再配列するかを調べたが、Celsr1-EGFPの明らかな配列変化は認められなかった。さらに、細胞膜に結合して膜の形態を制御するBARタンパク質の一種MIMが神経管形成に関与することが報告されているため、ニワトリ神経管凍結切片における様々なBARファミリータンパクの分布を免疫染色により調べた。その結果、数種のBARタンパクが形成中の神経管のapical面に濃縮することを確認した。交付申請書に記載した実施計画をほぼ予定通り行い、おおむね期待通りの成果を得ることができた。

その結果、Wnt分子はいずれも大部分がエクソソーム画分に検出され、一部がマイクロベシクル画分にも検出された。次に、BARタンパク質がWntの分泌に与える影響を調べるため、Wnt分子と活性化BARタンパク質を共発現した細胞の培養上清から細胞外小胞を調製し、解析を行った。その結果、一部のWntはBARタンパク質依存的に分泌が増加することが示唆された。Celsr1の極性形成に重要と考えられるWntの分泌過程において、BARタンパク質が関与する可能性があるという新たな知見を得ることができた。平成29年度の研究成果に基づき、その発展を図る。例えば、Celsr1発現細胞にFrizzled等を共発現した場合にWntの分泌方向に応じてCelsr1の極性分布が起こるか、また種々のBARタンパク質を培養細胞に発現した際にWntの分泌量が変化するかを検討する。平成30年度の研究成果に基づき、その発展を図る。まず、Wntの細胞外小胞を介した分泌におけるBARタンパク質の関与を、Wnt下流分子の活性化も含め、より詳細に調べる。また、WntおよびBARタンパク質を発現した細胞で免疫染色を行い、細胞突起や分泌小胞において両者が共局在するかを調べる。さらに、内在性のWntを分泌する上皮細胞でBARタンパク質のノックダウンを行い、Wnt分泌への影響を調べる。また、Wnt発現細胞とCelsr1発現細胞を共培養し、Wnt発現細胞でBARタンパクを発現またはノックダウンした際にCelsr1の極性分布が変化するかを調べる。そして、ニワトリ胚でBARタンパク質をノックダウンし、Celsr1の極性分布に影響が出るかを調べる。これまでに研究を効率的に、かつ一括購入等により試薬購入を計画的に進めた結果、直接経費を予定よりも節約することができた。本年度の実験計画において、抗体やsiRNAを各々複数個購入する必要が見込まれるため、翌年度分の助成金と合わせて効率的かつ計画的に使用する予定である。
シリコン太陽電池におけるパッシベーション材料の固定電荷制御のモデル化に関する研究

シリコン(Si)太陽電池表面パッシベーション材料の探索および物理特性の評価を行った.材料探索は採用年度以前から継続して進めており,ジルコウニム(Zr)およびイットリウム(Y)酸化物の合成材料をコンビナトリアル手法により一基板上に作製を行い,最適組成ZrO2 (85 %)ーY2O3 (15 %)において最大負の固定電荷を有することを明らかにした.この組成をZYOとする.より膜中固定電荷を誘起する構造の検討として,固定電荷層/界面層から成る積層型パッシベーション構造の検討を行った.p型Si基板に対して優れたパッシベーション材料であるAl2O3上に,高い負の固定電荷密度を有するYZO(YZrOx)膜を成膜したYZO/Al2O3/Si構造を提案・作製し,評価を行った.YZO/Al2O3/Si構造における固定電荷密度を求めたところ,YZO膜をAl2O3/Si構造上に単純に積層することで熱処理前および熱処理後共にパッシベーション特性はAl2O3/Si構造と比較し劣化した.この現象を理解する為に組成分析を行ったところ,拡散係数の違いからAlとYの原子相互拡散により,YZO/Al2O3界面の化学結合状態が変化したことに起因することを確認した.そこで,YZO/Al2O3界面に原子拡散防止を期待し,制御層としてZrO2層を挿入したYZO/ZrO2/Al2O3/Si構造に関して検討を行った.表面再結合速度および固定電荷密度の結果より,ZrO2を2 nmを挿入することにより600°Cまでの熱耐性効果が得られ,Al2O3単層膜に比べ,高いパッシベーション性能が得られることを確認した.ZrO2層を必要以上に厚くするとパッシベーション特性の向上は確認できなかった.従って,ZrO2層の膜厚には最適値が存在することを確認した.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。結晶シリコン(Si)太陽電池の高効率化を達成する為には、絶縁膜/Si界面の制御および絶縁膜中の物性を詳細に調査することが重要である。本研究では、絶縁膜中の固定電荷に着目し、起源の解明ならびに制御を試みる。現在の結晶Si太陽電池は基板が薄型化され、表面の影響が支配的になることが問題となっている。そこで、上述したようにSi表面を絶縁膜で被覆するパッシベーション膜を用いることが高効率化に対する重要な技術に位置付けられている。膜中固定電荷の起源を解明することにより、Si中のキャリアとなる電子およびホールをSi表面から分散させ、キャリアの損失となる再結合を抑制する機構へと応用する。このキャリア再結合を抑制する機構は、膜中固定電荷により誘起される電界を用いることから電界効果パッシベーションと呼称され、極限結晶Si太陽電池を実現させるために世界中の研究機関により材料・プロセスといった実太陽電池デバイスに応用をする研究がなされている。本研究では、新規パッシベーション膜材料を探索する事を目的とし、膜中固定電荷の発生の起源について調査する。また、単一材料から複合混晶材料に拡張し、固定電荷を効率よく利用する新規構造も新たに提唱をする。これらが達成されることにより、現在の太陽電池開発における高効率化が停滞している問題において、ブレイクスルーとなる材料技術を確立する。本研究は、太陽電池デバイスのみに関わらず、集積回路(LSI)にも拡張をし得る技術であり、双方向からのアプローチを実現していることも大きな特徴である。シリコン(Si)太陽電池表面パッシベーション材料の探索および物理特性の評価を行った.材料探索は採用年度以前から継続して進めており,ジルコウニム(Zr)およびイットリウム(Y)酸化物の合成材料をコンビナトリアル手法により一基板上に作製を行い,最適組成ZrO2 (85 %)ーY2O3 (15 %)において最大負の固定電荷を有することを明らかにした.

この組成をZYOとする.より膜中固定電荷を誘起する構造の検討として,固定電荷層/界面層から成る積層型パッシベーション構造の検討を行った.p型Si基板に対して優れたパッシベーション材料であるAl2O3上に,高い負の固定電荷密度を有するYZO(YZrOx)膜を成膜したYZO/Al2O3/Si構造を提案・作製し,評価を行った.YZO/Al2O3/Si構造における固定電荷密度を求めたところ,YZO膜をAl2O3/Si構造上に単純に積層することで熱処理前および熱処理後共にパッシベーション特性はAl2O3/Si構造と比較し劣化した.この現象を理解する為に組成分析を行ったところ,拡散係数の違いからAlとYの原子相互拡散により,YZO/Al2O3界面の化学結合状態が変化したことに起因することを確認した.そこで,YZO/Al2O3界面に原子拡散防止を期待し,制御層としてZrO2層を挿入したYZO/ZrO2/Al2O3/Si構造に関して検討を行った.表面再結合速度および固定電荷密度の結果より,ZrO2を2 nmを挿入することにより600°Cまでの熱耐性効果が得られ,Al2O3単層膜に比べ,高いパッシベーション性能が得られることを確認した.ZrO2層を必要以上に厚くするとパッシベーション特性の向上は確認できなかった.従って,ZrO2層の膜厚には最適値が存在することを確認した.高固定電荷密度を有する新材料の探索から、パッシベーション膜の積層構造の検討を行った。積層構造にすることにより、固定電荷が誘起する電界の効果を効率的に利用することを目的としている。成果としては、アルミナ/固定電荷層を作製し、表面再結合速度30cm/sと実デバイス応用可能な結果が得られた。また、Si/アルミナ界面制御を検討事項とし、放射光を用いた特色ある評価手法により、バンド構造に関する議論を行った。これにより、固定電荷の実効的な効果を定量的に議論が可能であると考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。積層構造(アルミナ/固定電荷層)のパッシベーション特性および有用性を実験的に明らかにした。これまでの実験結果を基に、実デバイスへ応用させるべく、プロセスを考慮した開発を行う。検討事項と事項として、1セル構造、2成膜条件、3電極形成プロセス、の3点が挙げられる。この中で、1、2に関しては実験目的に述べたとおり決定している。ここでは、3電極形成プロセスに関して懸念である、パッシベーション膜を通じてのコンタクトに関して検討し、レーザアブレーションによるコンタクトホール形成によるプロセスを想定している。従って、本年度では、現在まで材料探索、新規構造開発を経た成果を実デバイス作製により完結させる。単一材料の固定電荷密度の検討から、複合混晶材料の検討を行い、文献として報告されている固定電荷密度を大幅に上回る材料の探索に成功した。また、絶縁膜/Si界面の制御に関する調査では、大型放射光施設SPring-8の特徴ある装置を用いた評価により、反応層の形成による混晶材料の安定化といった新たな知見が得られ、界面反応のモデルを提唱した。材料探索のデータベースの充実を目的とした、新規材料の合成および探索を行う。
Caged化合物を用いた生物発光のリアルタイムバイオセンサーへの応用

平成17年度はCaged ATPから生成されたATPによるホタルルシフェリン-ルシフェラーゼ(Ln-E)発光を捕らえることに成功したが、発光が観測された時間スケールは予想よりかなり長かった。このため、平成18年度はまずミリ秒の時間分解測定に適した測定系を構築した。さらに、反応セルと測定系の間に高速シャッターを設置し、ルシフェリンの蛍光による光電子増倍管の飽和を防ぎ、大口径レンズで集光して信号強度を増大させた。その結果、発光の減衰には早い成分(減衰定数約5ms)と遅い成分(約100ms)のあることが明らかになった。遅い成分の減衰定数は、溶液のpH、ルシフェリン濃度、溶液の粘性に依存したが、早い成分はほとんど依存しなかった。このため、早い成分はルシフェラーゼに捕らえられたCaged ATPから生成されたATPが発光に寄与しており、遅い成分はルシフェラーゼの外でCaged ATPから生成されたATPがルシフェラーゼに捕らえられて発光すると推定された。一方、電子状態計算においては、ホタルルシフェリンおよびその3種のアミノアナログに関してルシフェラーゼの活性中心に取り込まれたときの生物発光量子収率を1)基質-酵素間相対コンフォメーション、2)断熱ポテンシャルの反応座標依存性、3)オキシルシフェリンおよびそのアナログの励起状態からの可視光の放出の差異として計算機実験により定性的に見積もり、オキシルシフェリンの水酸基が脱プロトン化されることの重要性が見出された。また、光励起キャリアによってCaged ATPを分解させる固体基板の有力候補としてTiO_2の光励起キャリアダイナミクスについて研究を行い新しい知見が得られた。以上の画期的な成果は、TiO_2を励起しCaged ATPを分解してLn-E発光を誘起することを利用したリアルタイムバイオセンサーの開発に対して重要な指針を与えるものである。本年度の研究計画の主要部分は、第一に時間分解測定によりホタルルシフェリン-ルシフェラーゼ発光に至る過程を観測すること、第二に発光反応の中間体であるオキシルシフェリンの電子励起状態(Oxyln*)の計算を行うことである。まず、ルシフェリン、ルシフェラーゼ、Caged ATP、MgSO_4溶液の混合液にNd:YAGレーザーの3倍波(355nm)を照射し、Caged ATPをATPへ転化させて発光の時間分解測定を行った。その結果、最も発光が強いとされているpH7.8の条件下で約5msの立ち上がりと約20msの減衰を捕らえることに成功した。生物発光の時間変化を明らかにしたのは恐らく初めてのことで、画期的な成果である。しかしながら、観測された時間スケールは予想よりかなり長く、想定していた測定系を根本から見直す必要に迫られており現在対策を練っている。一方、電子状態計算においては、Gaussian 98の6-31G*を基底関数とした密度汎関数法とMOS-FのINDO/S法を用いて、Oxylnの1価または2価陰イオンの光吸収スペクトルを求めた。さらにCAChe5.0の半経験的MNDO-PM5法を用いて一重項励起状態のエネルギーを最適化することにより、Oxylnの蛍光スペクトルを求めた。Caged ATPを半導体基板表面に固定し、光励起によって生成したキャリアによってATPへ転化させることは平成18年度に行う予定であるが、今年度はその準備として基板の探索を行った。第一の候補はバンドギャップが広く光キャリアの寿命が長いTiO_2であり、光励起キャリアの緩和過程について新たな知見を得た。更に精度良くキャリアを供給するにはナノスケールの構造により電子状態を制御する必要があるとの観点から、シリコン表面上のナノ構造を第二の候補として構造形成の第一段階であるサイト選択的吸着ならびにその制御について研究を行い、新たな情報を与えた。