hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
観光の持続可能性と日本型指標システムの確立を目指して

本研究では、持続可能な観光指標(STI)を用いた観光地マネジメント手法の確立を目指し、STI研究に関する国際的な査読論文のレビュー、世界基準となっている世界観光機関(UNWTO)の指標モデルや国際認証機関(GSTC)の評価基準等の比較分析を行った。さらに欧州型STIシステムの開発・導入に携わった専門家に対する聴き取り調査やアジアでの現地調査等の結果を踏まえ、日本型の持続可能な観光指標システム(JTIS)として、世界基準に準拠しつつも国内の実態に対応できるJTIS原型モデルを提示した。平成27年度の研究では、観光の持続可能性及び持続可能な観光指標(STI: Sustainable Tourism Indicators)研究の基盤を構築する観点から、当初掲げた3つの目標及び実施計画に基づき研究を遂行し、データベースの構築、論文発表、学会発表、ならびに外部専門家を交えた意見交換会の開催等を行った。第1の目標であった既存資料収集・整理については、STI開発及び適用の研究が先行する海外の関連文献・資料を中心に、2016年3月末の時点で総数70余の出版物及びフルテキストを収集し、文献管理支援ソフトEndNoteを用いて整理した。その中で特にSTI開発及び適用の具体的な事例に基づく実証研究の結果が提示されている論文・報告書等については内容分析を行い、開発主体や各指標システム・STIモデルの特長と問題点とが比較できる基礎資料をエクセルデータ形式で作成した。第2の目標であった資料分析に基づく指標の再検討については、日本型指標システムを作成するうえで参考になる海外の先進事例の選別を行った。研究計画書で定めた5つの選別基準(観光地類型、世界的認識度、継続性、情報公開・更新度、STI開発プロセス可視化度合)に基づき20の事例を取り上げ、その内容を精査した。その中から最終的に10の事例を今後の詳細な分析の対象地域とし、各事例が提示するSTI手法の比較分析データを作成した。第3の目標であった海外を中心とした先進事例の実態調査については、研究責任者はSTI先進地域である欧州においてSTI開発担当者(英国代表)にヒアリング調査を行った。さらに研究分担者1はアジア(スリランカ)にて招聘講演を行うとともに現地の研究者との共同研究・調査を行った。研究分担者2は国内(九州・中部・東北)の都市・産業・観光の持続可能性をテーマに現地調査を行い、その成果を国際学会(米国)で発表した。平成27年度は、国内ではこれまで研究基盤が確立していない持続可能な観光指標(STI)研究に関して、まず海外における豊富な先行研究を体系的に整理し、具体的な観光地でのSTI適用状況と課題の把握に主眼を置いて研究を進めた。本研究の最初の3段階について、概ね計画通りに研究メンバー3名が役割分担をしながら研究を遂行することができたと考えている。まず先行研究のレビュー段階では、STI開発及び地域適用が開始された1990年代初頭から現在に至るまでのSTIに関する主要な研究論文及び報告書・著書は全て収集し、既存の文献管理ソフトを使って体系的に整理した上で、研究内容を時系列的に分析することができたことが挙げられる。その結果、空間的・政治的要素を考慮した上でSTIの最適モデル及び具体的研究対象を選別する必要があることが明確にり、次年度以降の地域適用の研究基盤が構築できた。次にSTIの開発及び適用の先行事例を抽出する段階では、STI開発の時系列分析から2010年代初頭に構築された観光の持続性に関するグローバル基準(GSTC)と、欧州連合が主体的に開発したヨーロッパ型STIシステムとが重要な研究課題であることが明確になった。国内外の実態調査についても、海外調査においてはSTI開発及び地域適用が最も進んでいる欧州を対象とし、ヨーロッパ型持続可能な観光指標システム(ETIS)の開発に中心的に携わった3人の専門家からヒアリングを行うことができた。また、世界最大の観光市場へと成長してきているアジアにおいては、スリランカの文化遺産と持続可能な観光との関係についての実態調査を行うことができた。他方、日本型観光指標システムの構築において重要となる日本の観光地における地域側の反応や課題についての調査も、観光が重要な基幹産業の1つとなっている九州及び東北地方において実態調査を遂行することができた。平成28年度の研究では、当初掲げた目標及び実施計画に基づき研究を遂行し、現地調査、論文発表、国際学会発表、ならびに外部専門家を交えた国際フォーラムでの分科会の開催等を行った。第1の目標であった「日本型指標システムの特性の明確化」を達成するために、まず前年度の研究において選別した海外の先進的事例を対象に、それぞれの持続可能な観光(ST)基準・指標の全体的な枠組みと個々の測定項目の分析を行なった。世界の主要な持続型観光の指標システムについては、大きく4類型のST指標モデルに基づき、実証研究を行った。第1類型は国連世界観光機関(UNWTO)の指標システム、第2類型は「地球規模の持続可能な観光協議会」(GSTC)が策定した持続可能性基準に即して認証されたST指標システム、第3類型は欧州委員会が策定したヨーロッパ持続型観光指標システム(ETIS)に代表される国家連合の地域(リージョン)を対象としたST指標システム、そして第4類型は、適用範囲が特定の国や地域に限定されたSTI指標システムである。これら4つの類型は、それぞれ目的が異なることから、各類型の特長と課題を理解したうえで、日本型指標システムを確立する必要があることを明らかにした。

上記の4類型分析を踏まえたうえで、「日本型指標システムの開発」目標については、世界標準のST指標システムが世界的潮流となりつつあるなか、こうした世界の動きに合わせる必要性を具体的な事例分析に基づき論じた。最後に、「国内における対象地域に対し日本型指標システムを適用する」ことについては、3人の研究者それぞれが第1次、第2次、第3次産業を担当し、持続型観光とその地域効果についての検証を行なった。現在、ST指標システムを具体的な地域へ適応する段階にあり、世界標準に基づいたうえで地域的特性に合った指標システムを確立することを目指している。平成28年度は、前年度の持続可能な観光の基準・指標に関する研究レビューを基に、代表的な指標体系とその理論的枠組みを明確にしたうえで、日本型指標体系の開発と検証を中心に研究を進めてきたが、当初の計画を概ね達成することができた。日本型指標体系の基本となる概念的枠組みは、持続型観光のGSTC基準に準じ、国連世界観光機関の持続可能な観光指標(STI)体系とも照らして作成した。そこで関連文献等の調査研究と並行して、GSTCが提供する実践的な国際研修に参加するとともに、GSTC基準に基づいた国際認証を受けたアジア地域の実態調査も行なうことができた。国際観光到着者数が急増しているスリランカを訪れ、GSTC基準を早い段階から適用してきたスリランカの実態について、基準導入の責任者であったスリランカエコツーリズム協会会長から聴き取り調査を行うことができた。地域社会に根ざした持続型観光開発については一定の成果があった一方、世界共通のST基準を地域に適用するのには課題もあることがわかった。次に、日本国内でのST研究の進展という点では、日本エコツーリズムセンターが開催したGSTC国際認証に関する公開研究セミナーでの事例発表、ならびに9月に開催された「ツーリズムExpoジャパンフォーラム2016」にてGSTC基準を用いた持続型観光に関するセミナーでの発表を行なうことができた。10月には、名城大学外国語学部主催の国際フォーラムにおいて、本研究に関する分科会を設けることができた。本科研費助成事業に携わっている3人の共同研究者に加えて、現在日本国内でST研究に携わっている第一線の専門家も招き、ST指標システム(UNWTOアプローチ)の立場からと、GSTC基準と国際認証の国内地域への適用という立場からそれぞれ研究発表を行ない、今後の日本への本格的な導入に向けた活発な意見交換を行なうことができた。本研究は、持続可能な開発のための日本型観光指標システム(JTIS)を確立することを目指したものである。まず、持続可能な開発のための観光指標(STI)システムについて、海外における先行事例を体系的に整理した。そのうえで世界の主要なSTIシステムについて、4類型モデルに大別して分析を行なった。すなわち、第1類型は国連世界観光機関(UNWTO)の指標システム、第2類型はサステイナブルツーリズム協議会(GSTC)の持続可能性基準に準拠して認証された指標システム、第3類型はヨーロッパ型の観光指標システム(ETIS)に代表される国家連合の地域(リージョン)を対象とした指標システム、そして第4類型は、適用範囲が特定の国や地域に限定された指標システムである。
ヒトの年令変化の指標としての皮膚,殊に毛の研究

ヒトの頭髪の毛根部の脂肪酸組成を調べ、年令との関連性を調べた。試料は、抜去した毛髪の毛根部を56mm切り、塩酸メタノール(5%)で加水分解し、ガスクロマトグラフにより脂肪酸の分析を行ない、各ピークはGC-MSにより確認した。試料は、5才93才の男女合わせて65例であり、各年令群に分け比較した。毛根部には、ミリスチン酸,パルミチン酸,パルミトオレイン酸,ステアリン酸,オレイン酸,リノール酸,リノレン酸等の脂肪酸の外に、少量の炭素数15,17の奇数酸:微量の炭素数15,16,17,18のiso型の分枝脂肪酸が検出された。これらの脂肪酸組成のパターンは、TypeAと、TypeBの二つのグループに分けられた。TypeAは、圧倒的に飽和脂肪酸が多く、少量の奇数酸、微量のiso型の分枝酸がみられた。TypeBは、不飽和脂肪酸の含量が多く、ほぼ飽和脂肪酸含量と同じであり、ごく微量の奇数酸が存在した。TypeAは、1829才の男性に極めて多く、女性のほとんどは、TypeBであった。男性のステアリン酸とパルミチン酸の比について、加令と共に一定の変化を示した。我々は先にヒトの皮脂の脂肪酸組成を調べ、年令との間にある相関があることを見出した。今回の結果は、この結果とは異なるが、毛髪の場合は、毛髪を抜去した時、毛根部の皮脂腺の組織は、硬い表皮層で剥ぎ落されている可能性があり、男性にこの傾向が顕著であり、男性毛根部の情報が皮脂腺と無関係であるとすれば、容認し得る結果である。
徐放性オキシゴチニンの膀胱内持続投与による尿失禁治療の検討

実験方法1)オキシブチニンを溶解させた各種濃度のgelatinを螺旋状マイクロチューブに充填し、約37度生理食塩水に浸水させ24時間後の溶解速度を検討した。2)麻酔下ラットにオキシブチニン(0.3,1,3,10mg/kg)を静脈投与し、continuous-cystometryおよびpressure/flow studyを行い、排尿動態についてパーソナルコンピューターにて解析した。3)覚醒ラットにオキシブチニン(0.3,1,3mg/kg)を腹腔内投与し、代謝ゲージにて4時間飼育した。その間の一回排尿量、排尿回数は電子秤にて経時的に測定し、パーソナルコンピューターにて記録し、排尿行動の変化について検討した。実験結果1)各種濃度のgelatinの溶解速度は一定ではなく、gelatinとは異なる基剤を現在検討中。2)麻酔下ラットにおけるcontinuous-cystometryでは、3,10mg/kg投与にて有意に膀胱容量の増加を認め、膀胱収縮時の膀胱内圧は各投与量にて有意に減少した。しかながら時間あたりの排尿回数は不変であった。また、pressure/flow study modelでも、3,10mg/kg投与にて膀胱容量の増加を認め、各投与量にて最大膀胱内圧、排尿効率は有意に減少した。しかしながら尿流量率の変化は不変であった。3)覚醒ラットでは、各投与量にて一回排尿量は有意に増加しているにも関わらず、排尿回数は3mg/kg投与にて増加しており、pressure/flow studyの結果と併せて考えると残尿の増加による機能的膀胱容量の減少が疑われた。
ヒト肝細胞キメラマウスと超高密度アレイによる肝臓の網羅的トランスクリプトーム解析

肝炎ウイルスの持続感染機構を解明するため、感染時に起きる変化と、IFN応答性変化をヒト肝細胞キメラマウスで超高密度のマイクロアレイを使用して解析した。C型ではIFN応答遺伝子が誘導されていたが、ウイルスは排除されなかった。このマウスにIFNを投与すると、抗ウイルス遺伝子の一部の発現が低下していた。B型でも部分的にIFN応答が低下していた。C型、B型ともIFN signalを阻害する因子を有するが、阻害機序が異なることが推察された肝炎ウイルスの持続感染機構を解明するため、感染時に起きる変化と、IFN応答性変化をヒト肝細胞キメラマウスで超高密度のマイクロアレイを使用して解析した。C型、B型ともIFN signalを阻害する因子を有するが、阻害機序が異なることが推察された90%以上のヒト肝細胞置換率が得られたヒト肝細胞キメラマウスを16頭作成した後、9頭にHBVを接種し、HBV持続感染マウスを作製した。その後、HBV非感染マウス3頭、感染マウス5頭に対し、インターフェロン(IFN)を投与。IFN投与6時間後に、すべてのマウス肝からヒト肝細胞を摘出し、アジレント社のcDNA Microarray (44 K Whole Human genome Oligo Microarray)にて遺伝子発現プロファイルを作成した。得られた遺伝子発現プロファイルは、GeneSpring GX 10.0.2にて解析を行った。cDNAMicroarrayにある約41,000遺伝子のうち、159遺伝子がHBV感染にて3倍以上発現が亢進しており、214遺伝子は発現が低下していた。これらの遺伝子についてGO(gene ontology)解析を行ったところ、cell cycleやDNA replication等に関与する遺伝子群が有意な発現変化が確認され、gene set enrichment analysis (GSEA)では、signal transduction等に関与する遺伝子が有意に発現変化していた。HBV非感染状態でのIFN投与による遺伝子発現変化をみると、IFN投与により525遺伝子が発現亢進し、160遺伝子が発現低下した。これら685遺伝子について、HBV感染の有無によってIFN応答がどのように変化するか検討したところ、38遺伝子がHBV感染に伴いIFN応答が著明に抑制された。本研究は、ヒト肝細胞キメラマウスを用いて、HBV感染に伴うヒト肝細胞内での遺伝子発現変化およびIFN応答の変化を検討した。HBV慢性感染では、肝細胞が免疫寛容状態にあるが、その機構は明らかとなっておらず、HBV感染に伴い発現変化した373遺伝子の中には、免疫寛容を惹起するための標的遺伝子も含まれている可能性が考えられる。今後は、免疫反応に関連する遺伝子を中心に解析を行い、免疫寛容の機序を詳細に検討する予定である。一方、HBVはIFN治療に対し抵抗性を示すことが知られているが、そのIFN感受性HBV genotypeにより大きく異なる。本検討においてHBV感染に伴いIFN反応性が変化する遺伝子が多数認められ、HBVのIFN感受性に関与する可能性が考えられた。今後は、HBVの各genotypeでのIFN応答の変化を検討し、HBVのIFN抵抗性の機序の解明を目指す予定である。近年、ゲノムの98%をしめるnoncoding regionにもmRNA、tRNA、rRNA以外のRNAが大量にコードされていることが発見され、しかも、それらのかなりの部分は何らかの機能を有していることが明らかにされた。その発現状態は、細胞の状況により様々に変化することが想定される。本研究では、B型肝炎ウイルス、C型肝炎ウイルスの感染、あるいはインターフェロン投与により引き起こされる種々の転写の変化を測定し、ウイルス感染に応答して起こる細胞内の変化を理解し、ウイルス感染に対する治療のターゲットとなる分子を明らかにすることを目的として研究を行っている。マウス肝臓がヒト肝細胞に高度に置換されたヒト肝細胞キメラマウスを用いて、B型・C型肝炎ウイルス(HBV・HCV)持続感染マウスモデルを作製した。HBV・HCV持続感染マウスの肝臓からヒト肝細胞を採取し、cDNAマイクロアレイ解析を行い、肝炎ウイルス感染に対する直接的な肝細胞の反応と肝炎ウイルス感染に伴う肝細胞のインターフェロン(IFN)応答への影響を検討した。その結果、HBV感染ではoncogenicな機能をもつ遺伝子の発現亢進と転写制御機能を持つ遺伝子の発現低下が観察された。一方、HCV感染では、IFNシグナルや抗原提示機構に関与する遺伝子の有意な変化が観察された。肝炎ウイルス感染に伴うIFN応答への影響を検討すると、いずれの肝炎ウイルス感染においても、多くのIFN誘導遺伝子でIFNに対する反応性が低下した。これらの結果から、肝炎ウイルス感染が直接的に肝細胞内での免疫応答を抑制する可能性を示唆され、今後の詳細な解析により、ウイルス性肝炎におけるIFN治療効果の改善やより効果的なウイルス排除法の開発につながるものと考えられる。今後さらに検証を進める予定である。

本研究では、B型肝炎ウイルス、C型肝炎ウイルスの感染、あるいはインターフェロン投与により引き起こされる種々の転写の変化を測定し、ウイルス感染に応答して起こる細胞内の変化を理解し、ウイルス感染に対する治療のターゲットとなる分子を明らかにすることを目的とて研究を行った。B型肝炎ウイルスクローン、あるいはC型肝炎ウイルスクローンを使用して感染マウスを作製した。B型肝炎ウイルスでは、Huh7細胞にクローン化DNAをtransfectionし、産生されたウイルスをマウスに静脈内投与した。C型肝炎ウイルスの場合はクローンDNAからin vitro transcriptionにより転写されたウイルスRNAを肝臓に直接注入した。得られた肝炎ウイルスクローン感染マウスあるいは、コントロールの非感染マウスを用いて以下の4群において実験を行っている。1)PBS投与群、2)ウイルス非感染IFN投与群(6時間後sacrifice)3)肝炎ウイルス感染、IFN非投与群、4)肝炎ウイルス感染、IFN投与群(投与6時間後sacrifice)。各群n=5で解析を行った。これらの実験の結果、B型肝炎ウイルス感染では細胞周期のコントロールに関連する遺伝子が、C型肝炎ウイルス感染では炎症に関連するサイトカインなどの遺伝子が増加することが示された。さらに、C型では代謝に関連する遺伝子の転写が抑制されることが明らかになった。量ウイルスに感染することによりIFNのシグナルに関しても影響があることが明らかにし、それぞれ論文として報告した。
拡張アンサンブルシミュレーションを用いた小タンパク質の巻き戻り問題の研究

拡張アンサンブル法であるレプリカ交換法とシミュレーティッド・テンパリング法を組み合わせたレプリカ交換シミュレーティッド・テンパリング法、シミュレーティッド・テンパリングレプリカ交換法の開発を行った。従来のシミュレーティッド・テンパリング法より容易にエネルギー空間上のランダムウォークを実現し、この有効性を示した。この研究に関しては、今年度論文として出版された。また、統計力学に基づくRISM理論と拡張アンサンブル法を結合したアルゴリズムの開発を行った。RISM理論で溶媒効果を取り入れる場合、全エネルギーが温度に依存する。今までの拡張アンサンブル法ではエネルギーが温度に依存する場合を取り扱うことができなかったが、レプリカ交換法を修正して、溶媒の温度依存性を取り入れた拡張アンサンブルシミュレーションができるようになった。この手法の有効性を示し、論文としてまとめた。既存のタンパク質のソフトTINKERに拡張アンサンブル法を組み込むことを行った。これにより、モンテカルロ法と分子動力学法どちらでも拡張アンサンブルシミュレーションができるようになった。また、これにRISM理論を組み込むことを行った。TINKERはいろいろなタンパク質の力場を選ぶことができるので、RISM理論の力場依存性なども調べることができるようになった。水分子の拡張アンサンブルシミュレーションも行っており、現在結果をまとめている段階である。本研究では、拡張アンサンブル法の開発と、既存ソフトウエアへの導入を主に行った。今年度は最後の年度なので、国内外研究成果の発表を頻繁に行った。今年度は、新しい拡張アンサンブル法の開発を進めた。はじめに、モンテカルロ法に基づくレプリカ交換マルチカノニカル法、マルチカノニカルレプリカ交換法の開発を行った。そして、これらの方法論に関して詳しく論文にまとめた。また、17残基からなる系を用いて、これらの方法の有効性を示し、方法の比較を行った。さらに、熱力学量の収束を議論した。そして、これに関して論文にまとめた。次に、統計力学に基づく分子性液体論であるRISM理論と拡張アンサンブル法を結合したアルゴリズムの開発を行った。RISM理論では溶媒効果を溶媒和自由エネルギー項として見積もる。そしてこの場合、全エネルギーはタンパク質内部の構造エネルギーと溶媒和自由エネルギーの和からなり、温度に全エネルギーが依存する。今までの拡張アンサンブルモンテカルロシミュレーションでは、全エネルギーが温度に依存する場合を扱うことができなかった。本研究では、全エネルギーが温度に依存する場合の拡張アンサンブル法の開発を行った。ここでは、レプリカ交換法を修正することにより、全エネルギー項が温度に依存する場合の拡張アンサンブル法を開発した。現在、この方法論について論文を準備している。論文では、5残基からなるエンケファリンの系を用い、この方法の有効性も示した。この方法論の開発は、RISM理論を用いて溶媒効果を見積もる理論をとりいれた拡張アンサンブルシミュレーションをする上で、重要である。はじめに、新しい拡張アンサンブル法であるモンテカルロ法に基づくレプリカ交換マルチカノニカル法、マルチカノニカルレプリカ交換法の論文を仕上げた(論文1,2)。そして、新しい拡張アンサンブル法の開発を継続した。具体的には、まず、統計力学に基づく分子性液体論であるRISM理論と拡張アンサンブル法を結合したアルゴリズムの開発を行った。RISM理論を用いる場合、全エネルギーはタンパク質内の構造エネルギーと溶媒和自由エネルギーの和からなり、全エネルギーが温度に依存する。今までの拡張アンサンブルモンテカルロ法では、全エネルギーが温度に依存する場合を扱うことができなかった。本研究では、拡張アンサンブル法の1つであるレプリカ交換法を改良することにより、全エネルギー項が温度に依存する場合のアルゴリズムを開発した。そして、この方法の有効性を示した。現在、論文投稿中である。この方法は、溶媒効果が自由エネルギーとして加えられている系に対して、広く用いることができる。また、拡張アンサンブル法であるレプリカ交換法とシミュレーティッド・テンパリング法を組み合わせたレプリカ交換シミュレーティッド・テンパリング法、シミュレーティッド・テンパリングレプリカ交換法の開発を行った。従来のシミュレーティッド.・テンパリング法より容易にエネルギー空間上のランダムウォークを実現し、この方法の有効性を示した。この研究も論文投稿中である。拡張アンサンブル法の開発と並列して、解析方法についての研究も行った。モンテカルロ法などから得られる静的なデータから動的な情報を得るために高分子の理論に基づく解析手法を用いて、13残基のペプチドの動的性質の研究を行った(論文3)。今年度は、アンサンブル手法の開発のために、既存のコンピュータの増強を行った。

また、これにRISM理論を組み込むことを行った。TINKERはいろいろなタンパク質の力場を選ぶことができるので、RISM理論の力場依存性なども調べることができるようになった。水分子の拡張アンサンブルシミュレーションも行っており、現在結果をまとめている段階である。本研究では、拡張アンサンブル法の開発と、既存ソフトウエアへの導入を主に行った。今年度は最後の年度なので、国内外研究成果の発表を頻繁に行った。
視床下部新規領域が司るburying行動と自閉症における常同行動との関係性

方法は、urocortin-3プロモータ下流でCreリコンビナーゼを発現するucn3-creマウスのPeFAHに、Cre依存的にジフテリアトキシンを発現する組換えアデノ随伴ウイルスをインジェクションした。投与後、一週間毎に、一カ月にわたり食餌量と体重変化を調べたが、コントロール群と差異は認められなかった。また、PeFAHは、ストレスホルモンであるコルチコステロンの分泌制御中枢である室傍核の外側に位置するため、本ウイルス投与が、血漿中のコルチコステロン値に与える影響について、ELISA法を用いて調べたが、影響は認められなかった。これらのことから、PeFAH urocortin-3/enkephalinニューロンの欠如は、摂食量、体重、ストレスホルモン等には影響を与えない事が明らかになった。これらurocortin-3/enkphalin欠如マウスを用いて、不安を測定する試験であるオープンフィールド試験、新奇物体試験、marble burying試験を用いたが、コントロール群との間に差異は認められなかった。しかし、ホームケージ内にて新奇物体試験を行った結果、これらマウスは新奇物体をかじる行動や執拗なsniffingといった異常行動が見られた。以上の結果から、urocortin-3/enkephalinニューロンは、特にホームケージ内において、新奇物体に対する不安・警戒心の持続に寄与すると考えられた。研究を計画通りに進める事ができた。また、本研究で得られた成果は、申請者の予想を上回る結果であり、神経科学のみならず、心理学や精神医学、抗不安薬の開発などの広範な学術領域に貢献する成果であると考えられるため。今後は、課題申請時の研究計画に沿って、自閉症のモデルマウスであるBTBRマウスにおけるurocortin-3/enkephalinニューロンの異常や新奇物体に対する反応について調べる。Ucn3/Enkニューロンを活性化すると、ホームケージ内において床敷を特定の隅へ盛るPiling-like behaviorが観察された。本行動は、床敷を入れた新規ケージでは生じず、探索行動にも変化は見られなかった。Ucn3/Enkニューロン活性化マウスの情動変化を調べるために、オープンフィールド試験と新奇物体試験を行った。その結果、新奇空間に対する不安や行動量に変化は無かったが、新奇物体に対するリスクアセスメントが亢進していた。また、不安や常同行動の指標試験であるMarble burying試験を行ったところ、埋められたビー玉の数が増加していた。従って、新奇物体に対する不安ならびにそれに伴う警戒行動が上昇していると考えられた。一方、これらニューロンの選択的除去マウスでは、上記のいずれの試験においても変化は認められなかった。しかし、ホームケージ内にて新奇物体試験を行った結果、新奇物体を執拗にかじるgnawing behaviorが見られた。更に、ホームケージ内でショックプロッド試験を行った結果、一定時間内に電気ショックを受ける確率が有意に上昇した。以上の結果から、Ucnn3/Enkニューロンは、新奇物体に対する不安や警戒、リスクアセスメント行動の制御に関与すると考えられた。平成29年度における主な実験成果は、ジフテリアトキシン(DTA)によるウロコルチン3/エンケファリン(Ucn3/Enk)共発現ニューロンの選択的除去実験で、行動レベルにおける影響を捉えることができた点である。薬理遺伝学DREADDによるこれらニューロンの活性化は、新奇環境における新規物体探索や、新奇物体を埋めるburying行動が亢進昇することから、本ニューロンは新奇物体に対する不安や常同性を伴うリスクアセスメント行動の増加に関わる事が示唆された。しかし、これらニューロンの選択的除去は、いずれの試験においても変化は認めらず、コントロールと差異はなかった。しかし、マウスにとって安全が確保されているホームケージ内に新奇物体を入れた場合は、通常はほぼみられない、新奇物体をガリガリかじるというgnawing behaviorが観察された。このことは、空間的な安全性が確保されているような環境下では、新奇環境において新奇物体試験を実施することに比べ、より空間的な警戒を排除した環境で、新奇物体に対する行動を評価しているのではないかと考えられる。このような、空間的安全性が保たれた環境においては特に、これらニューロンが新奇物体に対する不安や警戒心の維持に重要であることが示唆される。また、ホームケージ内で行ったショックプロッド試験では、一定時間内に電気ショックを受ける確率が上昇したことから、これらニューロンが、特に馴化環境における身の安全確保のためのdefensive behaviorとして機能するとが考えられる。また、これらニューロンの活性化がもたらす行動は、常同性や繰り返し性の高い行動であること、更に、不安や警戒といったネガティブな情動とも関係することから、強迫性障害や、自閉症との関係性についても、更に調べていく必要性があると思われる。

これらurocortin-3/enkphalin欠如マウスを用いて、不安を測定する試験であるオープンフィールド試験、新奇物体試験、marble burying試験を用いたが、コントロール群との間に差異は認められなかった。しかし、ホームケージ内にて新奇物体試験を行った結果、これらマウスは新奇物体をかじる行動や執拗なsniffingといった異常行動が見られた。以上の結果から、urocortin-3/enkephalinニューロンは、特にホームケージ内において、新奇物体に対する不安・警戒心の持続に寄与すると考えられた。研究を計画通りに進める事ができた。また、本研究で得られた成果は、申請者の予想を上回る結果であり、神経科学のみならず、心理学や精神医学、抗不安薬の開発などの広範な学術領域に貢献する成果であると考えられるため。これまでの研究結果から、申請者は一つの仮説を立てるに至った。新奇物体に対するリスクアセスメント行動は、新奇物体に対する不安や警戒心を抱きながらも、物体に接近し情報を収集するという、極めて葛藤的な情動要素を含む行動である。Ucn3/Enkニューロンは、外側中隔へ投射していることがわかっているが、過去知見に基づくと、外側中隔のUcn3受容体(CRHR2)陽性ニューロンを活性化すると、不安が上昇することが報告されている(Anthony et al., Cell, 2015)。しかし、CRHR2ニューロンの活性化は、新奇物体への不安を上昇させ、リスクアセスメント行動も抑制し、物体への接近そのものが抑制されている。これらのことから申請者は、新奇物体への不安と接近行動を同時に可能とするには、CRHR2とEnk受容体であるμORの同時活性化が重要なのではないかと考えるに至った。CRHR2もμORもGタンパク質共役型受容体であるが、恐らく、カップリングするGタンパク質の種類が異なり、情動的な葛藤状態を生み出しているのではないかと考えている。特にμORは、Giとカップリングすることが既に知られており、ニューロンの活動に対しては抑制的に働く。また、一般的にEnkは、快情動と関係するとも言われており、CRHR2による不安とEnkによる快もしくは安堵のような情動が、リスクアセスメントという葛藤状態にある行動を生み出すのではないかと考える。今後は、外側中核におけるそれぞれの神経ペプチドの役割について調べ、また、常同行動との関係性、自閉症モデルであるBTBRの脳構造について調べていく予定である。今後は、課題申請時の研究計画に沿って、自閉症のモデルマウスであるBTBRマウスにおけるurocortin-3/enkephalinニューロンの異常や新奇物体に対する反応について調べる。平成29年度に予定した実験による成果が得られ、年度末頃より論文執筆へと移行した。そのために、動物代や実験に関わる消耗品等のコストが減少したために生じたものと思われる。
電子顕微鏡用の試料環境制御可能な多用途ガス雰囲気試料室の開発

密閉型ガス雰囲気試料室の実用化を図り、この技術を応用した隔膜型の多用途ガス雰囲気試料室を開発した。(1)密閉型ガス雰囲気試料室の改良と試料室の圧力測定方法の確立密閉型試料室の空気層厚さを0から0.2mm範囲で任意に設定可能とし、高解像度での観察を可能とした。試料室内のガス圧力の測定法として、(隔膜+ガス層+隔膜)構造の電子線透過率の測定値からガス圧力を推定する方法を実験的に検討した結果、圧力と透過率の関係式を導出により、圧力測定法を確立できた。試料室内に液層の設置も可能であるが、その厚さの推定も可能となった。また、密閉する前に任意の圧力に調整した上で密閉できる予備排気密閉装置の製作により、大気圧から低真空までの任意の圧力での含水試料観察が可能となった。また高耐圧性隔膜の作製法にも改良を加え、耐圧性能検査用装置を設計・製作して、隔膜作製効率の向上を実現した。(2)隔膜型多用途ガス雰囲気試料室およびガス環境制御難の開発密閉型のシールド方法を応用して構成要素を簡易化し、組み立ての容易なガス還流型のガス雰囲気試料室を開発した。試料室のシールド用に、これまでに開発した1.5気圧以上の高耐圧性隔膜を採用したため、試料室内部と電子顕微鏡の予備排気室を作動排気する必要がなくなったので、新たな制御装置を設計・製作し、試料室内の圧力制御の操作性を格段に向上させることができた。さらに試料室の多用途化を目指し、直径3mm高さ1mmの試料室内部に組み込める電極ユニットを設計・試作した。これによりEC内に電界を加えることが可能となり、イオン化ガス分子の捕集が可能である。またEC内にはガス雰囲気だけでなく液体のセットも可能で、水蒸気の供給と排気速度のバランスにより液層厚さの制御も可能であることを確認した。本年度は密閉型ガス雰囲気試料室(EC)を新たに設計し、各パーツの最適化により、その総合性能の向上を図った。(1)新しい密閉型ECの製作これまでのグリッド2枚でガスケットをはさんで締め付ける方式を改良し、グリッド外側の2個のOリングでシールドする方式とし、グリッド間のスペーサーにより、ガス層厚さを0.25mmまでの任意の厚さに設定できるECを製作した。(2)高耐圧性隔膜の作製法の確立1気圧以上の耐圧性能を持つ隔膜作製法として、カーボンを高真空中でできるだけ低速で蒸着する方式とし、その最適な条件を追及した。接触させて通電加熱するカーボン棒(直径5mm)2本の先端の形状と寸法(太さおよび長さ)および加熱電流、蒸着時間について関係を追及し、有望な条件を得ているが、なお最適条件を追求している。(3)隔膜の耐圧性能検査の効率化研究効率向上のため、多数の隔膜の1気圧以上の耐圧測定を短時間に行える効率のよい耐圧性能測定装置を設計製作した。1台の吸引・加圧ポンプの交互使用により、2気圧以上の加圧圧力を実現でき、バルブの開閉に電磁スイッチを用いたことにより、30秒程度で1個の隔膜の耐圧検査を可能とした。(4)隔膜支持用グリッドメッシュの最適化ECの上下面を構成する特殊グリッドに関して、グリッドでOリングを抑えて、ガスをシールドする方式を採用したので、表面を研磨し平滑性を高めたグリッドを新たに作製した。

(5)密閉型ECの内部圧力を調整してから密閉するための装置の開発解像度を高めるためと、試料損傷を抑えるために、密閉型EC内部のガス圧力を下げてから密閉できる予備排気・密閉装置を製作し、その性能を確認した。密閉型ガス雰囲気試料室の実用化を図り、この技術を応用した多用途型ガス雰囲気試料室の開発を目指した。(1)密閉型ガス雰囲気試料室内の圧力測定方法の確立密閉型試料室内のガス圧力の測定法として、(隔膜+ガス層+隔膜)構造の電子線透過率の測定値からガス圧力を推定する方法を実験的に検討した結果、圧力と透過率の関係式を導出により、圧力測定法を確立できた。試料室内に液層の設置も可能であるが、その厚さの推定も可能となった。また、密閉する前に任意の圧力に調整した上で密閉できる予備排気密閉装置の製作により、大気圧から低真空までの任意の圧力での含水試料観察が可能となった。(2)多用途ガス還流型ガス雰囲気試料室およびガス環境制御装置の開発密閉型のシールド方法を応用して構成要素を簡易化し、組み立ての容易なガス還流型のガス雰囲気試料室を開発した。試料室のシールド用に、これまでに開発した1.3気圧以上の高耐圧性隔膜を採用したため、試料室内部と電子顕微鏡の予備排気室を作動排気する必要がなくなったので、新たな制御装置を設計・製作し、試料室内の圧力制御の操作性を格段に向上させることができた。さらに試料室の多用途化を目指し、まず、直径3mm高さ1mmの試料室内部に組み込める電極ユニットを設計・試作した。これによりガス雰囲気でのイオン化ガス分子の捕集が可能となることを確認し、試料損傷の低減を図る手段が得られた。次に、このシステムを応用し、試料室の温度制御を目指してヒーターシステムを設計・試作したが、絶縁材に採用したガラスセラミックの強度不足のため、試料室シールド用の締め付けに耐えず、現時点でヒーターユニットの完成には至っておらず、今後改良を継続して完成を目指したい。
心筋小胞体カルセクエストリン遺伝子の構造の解明

平成8年度においては心臓における心臓の筋小胞体(SR)の中にあるCa^<2+>結合蛋白であるカルセクエストリン(CS)遺伝子の解析の研究を行った。ウサギSRのCS遺伝子のcDNA制限酵素断片をP^<32>でラベルしたプローブを用いてλファージ・ウサギ・ゲノム・ライブラリーをスクリーニングした結果、6個の異なるポジティブクローンを得た。その中で3個は、制限地図とサザンブロッティングにより解析し、遺伝子内のエクソンの分布を決定した。一方、他の3個のクローンについては、プライマーを用いてエクソン・イントロン境界を明らかにした。又、サブクローニングしたDNA断片の塩基配列をウサギ心筋小胞体CScDNAと比較することで単離された6個の相異なるゲノムDNAクローンがウサギ心筋小胞体CS遺伝子であることを確定することができた。心筋小胞体CS遺伝子のエクソンの分布は、白筋小胞体CS遺伝子のエクソンの分布に近似していた。また、エクソン2、3、4、5、6、7、8、9、10の大きさは、各々87bp、98bp、111bp、74bp、131bp、46bp、55bp、101bp、75bpで白筋小胞体CS遺伝子と同じ大きさであった。本研究は、昨年度日本循環器学会総会において発表した。しかしながら、エクソン1については、本年は見つけることができなかった。ライブラリーについては数種類のものを用いたがだめであった。スクリーニングの効率を上げるために、現在、PCRにより、エクソン1の部分のみを増幅したプローブを作製しスクリーニング中である。今後、心臓のSRのCS遺伝子の5'領域について制限地図とシークエンスによって詳細に解析する。その後、転写開始点を明らかにしコンピューター解析により転写開始点より上流のプロモーターとシス作用エレメントの解析を行い、プロモーターと5'上流域の塩基配列を、白筋小胞体CS遺伝子と比較する。組織特異的な発現を実証するプロモーターと、シスDNAエレメントを同定する。このために、サブクローニングした5'上流域の塩基配列を各種cell lineに導入し、発現ベクターにて機能解析を行う。その後、ゲルシフト分析、ウェスタンブロット、DNAフットプリント法によりDNA結合蛋白質を解析することにより、心筋小胞体CS遺伝子のDNA制御塩基配列を解析する。これらの実験により、5'上流に位置したDNA制御塩基配列が心臓特異的遺伝子の発現制御に関連した核蛋白質に結合するかどうか確かめたい。
ゴルジ装置を中心とした選別輸送路の超微形態的研究

ゴルジ装置への流入路とそこからの流出路における選別輸送機構を解明する目的で、ゴルジ装置の形態に変化を与える薬剤の作用下におけるゴルジの形態変動と輸送の実態を免疫電顕法の使用により精査し、以下の結果を得た。1.ゴルジ装置の構造と機能に与えるオカダ酸の作用:蛋白脱リン酸化の阻害剤であるオカダ酸で、ゴルジ装置は直ちに層板構造を失い、直径70nm程の空胞の集団に変わり、分泌顆粒の形成が停止した。また投与の中止で4時間までに層板構造が再構成されることが判明した。層板の崩壊や再形成の過程で、trans領域を認識するGT-1モノクロール抗体とamylase、或いはリソゾーム蛋白であるcathepsin Dの免疫電顕により、不完全な層板から形成される分泌顆粒にはこれらの標識が一様に検出されることが判明した。またこれら標識が基底面へも放出されていた。正常な選別輸送の発現にはゴルジの層板構造の存在が前提となることを明らかにした。2.ゴルジ装置の構造と選別輸送機能に与えるブレフェルジンA (BFA)の作用BFAでゴルジは急速に退縮し、作用の中止で1時間までに層板構造を回復させる。層板構造の退縮と再構成の過程で上記と同様に免疫電顕を行うと、用いたいずれの標識も分泌顆粒に出現し、一部は自由表面ばかりではなく基底面からも分泌されていた。そのため層板が不完全な状態のゴルジでは、【.encircled1.】残留シグナルあるはその認識機構、【.encircled2.】targetingシグナル、【.encircled3.】輸送の方向性、に乱れがおきており、OAの結果と併せてこの現象は普遍的なものと認識することができる。3.ゴルジ層板の形態形成と微小管の関係BFAやOAからの回復期で層板構造が急速に再形成される時期に抗微小管剤を加えておくとゴルジ装置は退縮したままの状態にとどまり、層板の形成はおきなかった。これは層板構造の形成が微小管で調節されていることを意味しており、その詳細は今後分析したい。
球技系競技のハーフタイムにおける効果的なＲｅ－ｗａｒｍ　ｕｐ方法の検討

本研究は、球技系競技の競技間の休息(ハーフタイム、インターバル)においてウォーミングアップを再び行うこと(Re-warm up:RW)がその後の間欠性スプリントパフォーマンスに与える影響を検討し、臨床応用が容易かつ間欠性スプリントパフォーマンスの維持・向上に効果的なRWプロトコルを提案することを目的とした。本研究の結果、3分間の最大酸素摂取量(VO2max)の30%の強度の自転車運動を行うRWと1分間の90% VO2maxの強度の自転車運動を行うRWは、ハーフタイム中に安静を保った場合と比較し、同程度の間欠性スプリントパフォーマンス向上効果を有することが明らかとなった。またそのメカニズムは、3分間の30% VO2maxの強度の自転車運動を行うRWでは筋放電量の上昇、1分間の90% VO2maxの強度の自転車運動を行うRWでは、筋の周波数の上昇(動員される筋タイプが変化した可能性)が示唆された。さらに、RW後の主観的運動強度は、1分間の90% VO2maxの強度の自転車運動を行うRWにおいて、他の試行と比較し高値を示すことが明らかとなった。サッカーの試合において、15分間のハーフタイムでRWのために確保できる時間は僅かであり、チームの状況によってその程度は異なる。従って、本研究の結果から、RW後の間欠性スプリントパフォーマンスの維持・向上のためには、RWのために確保できる時間によって3分間・30% VO2maxおよび1分間・90% VO2maxの強度のRWを使い分けることが推奨される可能性が示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は球技系競技のハーフタイム中に行う後半の運動パフォーマンスの維持あるいは向上を目的としたRe-warm up(RW)について、効果的な方法を確立することを目的とする。初年度は3分間・低強度(最大酸素摂取量の30%)及び中強度(最大酸素摂取量の60%)のRWが後半の間欠性スプリントパフォーマンスに与える影響を3試行の無作為化交差試験を用い、検討した。本試験は球技系競技を模した間欠的自転車運動を15分間のインターバル(ハーフタイム)を挟み、2回実施(前半・後半)するものとした。ハーフタイムは、15分間の安静を保つControl、最大酸素摂取量の30%(30%RW)、60%(60%RW)のRWの3条件とした。後半は間欠的スプリントパフォーマンスを評価するCycling Intermittent-Sprint Protocol(CISP)を用いた。CISPは10秒間の休息、5秒間のスプリント、105秒のアクティブリカバリーの2分間の運動を繰り返す運動である。主評価項目として間欠的スプリントパフォーマンス(CISP中のスプリントの仕事量)を評価し、副次評価項目として筋活動(表面筋電図を用いて算出)、エネルギー代謝(呼気ガス分析[酸素摂取量・二酸化炭素排出量・呼吸交換比]、筋酸素動態[酸素化ヘモグロビン・脱酸素化ヘモグロビン・総ヘモグロビン・筋酸素飽和度])を評価した。本研究で得られた主な知見は、1)後半開始10分間の間欠的スプリントパフォーマンスは、30%RW試行、60%RW試行でControl試行と比較し有意な高値を示したこと、2)30%RW試行は60%RW試行と同等の間欠的スプリントパフォーマンス向上効果を有していたことの2点である。本研究の結果は、後半開始後の運動パフォーマンスの向上に3分間・低強度及び中強度のRWが有効であることを示唆するものである。本年度の研究課題は、交付申請書に記載した「研究の目的・方法」に沿って実施した。採取した全てのデータ解析を終了し、国際学術雑誌に論文投稿中である。従って、本年度の研究はおおむね順調に進展していると考えられる。本年度の研究成果は国際学術雑誌に論文投稿中であり、来年度7月までの採択を目指す。また、研究成果の一部を、23rd European College of Sport Science Annual Congress in Dublin(国際学会)、第73回日本体力医学会大会(国内学会)で発表予定である。来年度はより短時間のRWに着目し、研究を実施する。

ハーフタイムはチームのパフォーマンスを向上させるためのグループ・個人的戦略を試合中に施す唯一の機会であり、ミーティング、治療、栄養補充など多くの戦略を実施する必要がある。それらの戦略による総合的なチームのパフォーマンス向上を考慮した場合、RWに割り当てる時間は短ければ短いほど有益であると考えられる。そこで、次年度は本年度に検討した3分間・低強度のRWとエネルギー消費量を揃えた1分間・高強度のRWが後半開始後の間欠性スプリントパフォーマンスを向上させるか、またその向上効果は3分間・低強度のRWと同等であるかを検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高分子電解反応による機能性高分子の創製

本研究は、「有機電解合成」と「高分子反応」の融合により、「高分子電解反応」という新規分野の開拓を目的とした。導電性高分子の塗布膜を電極上に作成し電解反応を行うことで、固相反応でありながら選択的かつ定量的な分子変換に成功した。本系では電解フッ素化や塩素化などが適用可能であることが見出され、また、反応機構の解明にも成功した。以上、当該期間内において高分子電解反応の基礎を確立することができた。本研究は、「有機電解合成」と「高分子反応」の融合による、「高分子電解反応」という新しい方法論の開拓を目的とした。有機電解合成は環境調和型反応手法として知られるがこれまでに高分子化合物の電解反応は不可能あるいは同定が困難とされていた。そこで本研究では可溶性導電性高分子を電極上に塗布固定し、イオン液体中で電解反応を行うことで高分子化合物の選択的電解反応に初めて成功した。具体的にはポリフルオレン誘導体の電解脱硫フッ素化反応を行うことにより、反応の進行を各種スペクトルにより追跡することができ、選択的、かつ定量的なフッ素化反応を確認した。得られたフッ素化高分子はフッ素基由来の電子求引性を有しており、分子内電荷移動相互作用という特異な電子的性質を示し、優れた光学・電気化学的特性を見出した。また、非共役系の高分子を用いた場合は反応が進行しないことを見出しており、本手法の制約を示しただけでなく反応メカニズムの解明へとつながった。本手法の汎用性を示すため、ポリチオフェン誘導体の電解ハロゲン化反応についても検討し、特に電解塩素化が定量的に進行することがわかった。ハロゲン化高分子の物性評価だけでなく、電気化学的測定を駆使し、本手法ならではのメカニズムの解明にも成功した。このように、高分子電解反応という新しい概念の確立とそれを利用した機能性高分子創製に成功し、現在もより詳細な反応検討、物性評価を行っている。本研究は、「有機電解合成」と「高分子反応」の融合により、「高分子電解反応」という新規分野の開拓を目的としており、前年度にポリフルオレン誘導体の電解フッ素化反応に初めて成功し、高分子電解反応の概念を確立するに至った。今年度はさらなる事例を検討し、汎用性を示すとともに発展を期した。具体的には、ポリ(フルオレン-カルバゾール)やポリ(フルオレン-チオフェン)などの交互共重合体を用いて、脱硫フッ素化や電解ハロゲン化などを行った。ポリフルオレン誘導体の電解フッ素化の時と同様、通電量を変えることで反応率の制御に成功した。また高分子の酸化電位と電解電位の関係性に焦点を当て、反応機構を解明した。その結果、まず高分子が酸化された後に系中の求核試薬との後続反応がおこることが明らかとなった。さらに高分子の分子変換前後で光学特性(紫外可視吸収スペクトルや発光スペクトル)や電気化学特性(HOMO,LUMOレベルやバンドギャップ)が大きく変化し、反応率制御により所望の特性を付与できることが示された。これら結果から本手法の有機デバイスへの応用が期待される。本研究を通じて、高分子電解反応は電極上の薄膜の固相反応でありながら、選択的かつ定量的に分子変換が行えるという、従来にはない新しい手法であることが明らかとなった。当該研究期間で反応機構や汎用性を確立することに成功したが、今後も本手法は高分子化学・電気化学・材料化学分野で発展を遂げていくと確信している。
オリゴペプチド鎖を配位空間として用いた金属酵素機能モデルの構築

生体材料を用いた金属錯体の構築は、複雑な金属タンパク質のメカニズム解明に対して有用であるだけでなく、水中で働く環境負荷軽減型触媒の開発として極めて興味深いテーマである。本課題研究では、生体内でCd,Hg,Zn等の重金属の捕捉・無毒化を行うメタロチオネインと呼ばれる比較的小さなタンパク質(含システインオリゴペプチド)に着目し、メタロチオネインの1/3を占めるシステイン残基を利用して、タンパク質マトリクス内に鉄硫黄クラスターあるいは鉄・モリブデン硫黄クラスターを構築すること試みた。得られた新しいメタロチオネインは、巨大かつ複雑なニトロゲナーゼの簡単なモデルとして見なすことができ、『水中での窒素固定からアンモニアへの変換を触媒する安定な生体模倣機能分子の創製』を最終目的としている。具体的には、以下の成果を得た。(i)メタロチオネイン再構成法の確立メタロチオネインは、生物の細胞質に広く分布し、システインを極めて多く含む小規模のタンパク質である。このメタロチオネインは2つの独立したドメインから形成されているが、今回はこのうちαドメイン(30残基:含13システイン残基)に着目し、ペプチド合成によるαドメイン(アポタンパク質)の合成とαドメインを使った新しい非天然金属クラスター(鉄またはコバルト)とシステインのSH基で構成される錯体の合成に成功し、質量分析等で同定した。(ii)再構成メタロチオネインを用いたニトロゲナーゼ類似反応得られたメタロチオネイン鉄錯体を用いて、メチルレッド(ヒドラジン誘導体)の還元反応(N=N結合の水素付加反応)を実施した。その結果、ほぼ100%で、還元体のヒドラゾベンゼンが得られ、難しい窒素の還元の一つのステップの模擬反応を示すことができた。
多重シングルリード量子ドットを用いた多数系の量子コヒーレンスの研究

半導体微細構造を用いた多数量子系に関する実験研究を行った。具体的には、多数量子系の主要素となる量子ホールエッジ状態について量子ポイントコンタクトを用いてエネルギー緩和を測定し、その緩和機構を明らかにした。またスピンを利用した多数量子系を形成する際に重要となる半導体微細構造中での局所スピン偏極について、シングルリード量子ドットを用いて低磁場で低擾乱に測定できる手法を開発し、その動作を確認した。さらにこの手法を用いて、量子ホールエッジ状態における局所スピン偏極の解明を行った。本年度はシングルリード量子ドット構造の試料作製、低速および高速電気信号を用いる測定系の構築、シングルリード量子ドット試料の測定の開始を行った。シングルリード量子ドット構造の試料作製では、シングルリード量子ドットがホールバーと結合した構造、量子細線と結合した構造、2重から5重の多重シングルリード量子ドット構造を電子線リソグラフィーの手法を用いて作製した。まずこれらの作製した試料を用いて、GaAs/AlGaAsヘテロ基板中の2次元電子ガス特性、金属ゲート電圧の操作に伴う空乏領域の変化、各量子ドットにおいて少数電子状態を実現するために必要な金属ゲート電極配置等の評価を行った。そして測定より得られた情報を元に、試料構造の最適化を行い、試料を改良した。これにより本研究で必要な特性を持つ試料を得ることが可能となった。測定系の構築においては、まず直流から10kHz程度の低速電気信号を用いて、試料を低ノイズで測定できるシステムを構築した。具体的には、冷凍機中の測定配線の整備、低温部のフィルタの作製、室温部のスイッチボックス、電子回路等の作製、計測器を制御するプログラムを作成した。また高速電気信号を用いた測定系についても構築を開始し、冷凍機内への高周波用配線の導入、低温部へのアッテネータ、バイアスティーなどの高周波部品の設置を行い、20GEz程度の高速電気信号まで使用できることを確認した。さらにプログラムを改良し、高周波源、パルスジェネレータ等の高周波機器を低速信号の測定器と統合的に制御できるシステムを構成した。この新しいシステムにより、多数系での量子干渉効果の伝導測定が可能となった。またこれらの作製した試料、および構築した測定系を用いて、シングルリード量子ドットの測定を開始した。本年度は多重シングルリード量子ドットを用いた多数量子系で重要な役割を果たす量子ホールエッジ状態に関する測定を中心に行った。量子ホールエッジ状態は長いコヒーレンス長、良く定まったカイラリティ等の特色を持ち、量子ドット等の量子系をコヒーレントに結合させる有力な候補の一つである。このため、その性質の理解は多数量子系を形成する際に重要となり、本研究ではまずエッジ状態でのエネルギー緩和機構を調べるために多数の量子ポイントコンタクトをエッジ状態に結合させた試料の測定を行った。量子ポイントコンタクトを用いて非平衡なエネルギー分布をエッジ状態内に作り出し、伝搬距離によるエネルギー分布の変化を測定することにより、エネルギー緩和の様子を調べた。この結果、エッジ間で粒子の移動を伴う場合の緩和長は30μm以上、エネルギーの移動のみを伴う緩和長は3μm程度であることを確認した。またホットスポットについても測定を行い、その緩和機構が主にエッジ間のエネルギーのみの移動による緩和であることを明らかにした。またスピンを用いた多数量子系を構成する際に重要となる量子ホールエッジ状態の局所スピン偏極について、ホールバーに結合したシングルリード量子ドットを用いて測定を行った。まず比較的低磁場でのスピン偏極の検出を実現するため、シングルリード量子ドット中のスピン依存2電子状態であるスピンシングレット、トリプレット状態への電子のトンネルを利用した検出手法を提案し、その動作を実証した。またこの手法を用いて、ゼロ磁場からスピン分離したエッジ状態が形成されるまで、ホールバー試料端に形成されるスピン偏極を調べ、これまでのマクロなプローブでは分からなかった低磁場での試料端の局所的なスピン偏極を測定した。またこれらの測定で得られた知見をもとに、量子ホールエッジ状態等を用いた多重シングルリード量子ドット系の測定を開始した。