hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
離散的な計算問題の計算量解析

その結果,標準的なダイアグラムに表現された2橋絡み目ダイアグラムとclosed 3-braid絡み目ダイアグラムが入力されると,それらのジョーンズ多項式を線形時間で決定するアルゴリズムを開発することに成功した.(4)絡み目の非自明性判定問題を解く定数ラウンド対話型証明系が存在することを示すことによって,この問題がNP-完全とはなり得ない根拠を提示した.(5)NMRによって計測されるスペクトルデータの解析を定式化したある種の制約が付いた二部グラフ上の最大重みマッチング問題に対して,MAX SNP-困難となることを示すとともに,近似アルゴリズムを提案し,その近似率に関する理論的かつ実験的な性能解析を行った.2次元格子グラフならびに超立方体グラフの部分グラフに関して、self-avoiding walkの本数を数えることを目的とした多種類の計算問題の計算量を解析し、これらの問題が#P完全や#EXP完全になることを示した。また、4文字アルファベット上の文字列が2次元格子グラフにおけるself-avoiding walkを表現しているか否かといった計算問題を考察し、単方向入力ヘッドを持った非決定性チューリング機械によってこの問題を解こうとするとき、線形以上の領域が必要となることを示した。これらの結果は、self-avoiding walkの数え上げ問題に関する計算量を明示した初めての結果であるとともに、2次元格子グラフならびに超立方体グラフそのものにおけるself-avoiding walkの数え上げ問題の計算量を部分的に明らかにしたものである。さらに、絡み自・結び目理論における様々な判定問題の計算量を解析した。3次元球面内の結び目の自明性判定問題がNPに属することがすでに知られているが、本研究では、その問題がAM∩coAMに属することを示した。この結果は、3次元球面内の結び目の自明性判定問題がNP完全とはなり得ないことの強い状況証拠を与えるものであり、その意味で先に知られていた結果よりも本質的な計算量を明らかにしている。またさらに、n本の紐からなるブレイド群における共役問題について考察した。先の問題とあわせて、この問題も絡み目・結び目理論における基本的な計算問題であるが、その計算量はまったく明らかにされていなかった。本研究では、この問題がPSPACEに属することを示した。
格子QCDよるストレンジネスを含むハドロン構造の研究

近年コンピュータの急速な発展と、新しい計算アルゴリズムの開拓などに伴い、格子QCDによる数値解析の精密化が飛躍的に進んでいる。現在、世界中の格子QCD研究グループにおいてストレンジクォークを含めた現実の世界により近い、3種類の動的クォークの自由度を厳密に取り扱った2+1フレーバー格子QCD数値計算がスタンダードとなった。本研究においては、すでに公開されているこれらの2+1フレーバーQCDゲージ配位を利用して、模型に依らない強い相互作用の第一原理計算として核子の構造研究やフレーバーSU(3)の破れに関連したストレンジネスを含むハドロンの研究を行った。近年コンピューターの急速な発展と、新しい計算アルゴリズムの開拓などに伴い、格子QCDによる数値解析の精密化が飛躍的に進んでいる。現在、世界中の格子QCD研究グループにおいてストレンジクォークを含めた現実の世界により近い、3種類の動的クオークの自由度を厳密に取り扱った2+1フレーバー格子QCD数値計算がスタンダードとなっている。本研究においては、すでに公開されているこれらの2+1フレーバーQCDゲージ配位を利用して、模型に依らない強い相互作用の第一原理計算として核子の構造研究やフレーバーSU(3)の破れに関連したストレンジネスを含むハドロンの研究を行なう。素粒子標準模型の検証および標準模型を超える実験的シグナルの発見に関連して、カビボ-小林-益川行列要素(CKM行列要素)のユニタリティの検証は現代素粒子論において重要な課題の一つである。現在実験的に最も精度が高く測定されているCKM行列要素は行列の第一行目(Vud, Vus, Vub)である。Vubはその他の要素に対して2桁小さいのでほとんど無視することができることから、ユニタリティの要請はVubとVusの2乗和が1になるかどうかで判定される。今年度の研究では、Vusの決定に必要なK中間子の弱い相互作用による崩壊の形状因子f_+(q^2)の測定が主目的となった。実験的によって測定される崩壊率はVusと前方極限での形状因子f_+(0)の積に比例し、f_+(0)を理論的に精密に知ること無しには高い精度でVusの値を決定することはできない。フレーバーSU(3)が厳密に成り立つ場合、f_+(0)=1となるが、ストレンジネスクォークがアップ・ダウンクォークよりやや重い現実の世界ではこの関係は成り立たない。カイラル摂動論によってフレーバーSU(3)の破れの効果がどのくらいあるか見積もることができるが、摂動の最低次を超えると模型の不定性なしに評価することができない。さらに近年崩壊率の実験精度が格段に上がり、Vusに対する実験誤差はf_+(0)の不定性によってもたらされる理論誤差を遥かに凌いだため、格子QCD数値解析を使った第一原理計算によるf_+、(0)の評価が切望されていた。そこで、今回3種類の動的クォークの自由度(アップ、ダウン、ストレンジ)を全て厳密に取り扱った2+1フレーバー格子QCD数値計算によりf_+(0)を高精度で評価する事に世界に先駆けて成功した。また、我々の結果と崩壊率に対する最新の実験結果を合わせて、Vusをこれまでになく高い精度で決定が可能となり、CKM行列のユニタリティ条件からのズレが約0.1%以下であることを示した。その結果、素粒子標準模型を超えるシナリオに対する一定の制限を与えた。核子の構造に関する格子QCD計算は近年着実に精度が上がりつつあるが、もっぱら核子の電磁形状因子や深非弾性散乱における核子構造関数に重きが置かれてきた。本研究においては弱い相互作用の軸性ベクトルカレントに伴う形状因子に焦点を当てた。軸性ベクトルカレントに伴う核子行列要素は、軸性ベクトルタイプの形状因子と擬スカラータイプの形状因子の2つの形状因子よって特徴づけらる。前者の零運動量極限は中性子ベータ崩壊定数に対応する。今回の研究においては、後者の擬スカラータイプの形状因子に着目した。擬スカラータイプの形状因子の零運動量近傍の値は、核子ミューオン吸収の実験で測られる核子擬スカラー電荷として知られ、その値については、仏国サクレー研究所で行われた実験(OMC)と加連邦トライアンフ研究所で行われた実験(RMC)での食い違いが長年の問題になっている。前者のOMCは後者のRMCの実験に比べ、実験の過程で2つの陽子とミューオンとの分子状態が作られやすく、そのことによる系統誤差が大きい事が指摘されている。しかし、RMCの実験値はカイラル摂動論などを使った理論的予想からは大きくはずれている。この理論を含む食い違いの問題に、強い相互作用の第一原理計算である格子QCDを用いて研究を行った。実際の格子QCD数値実験には、厳密に軸性ベクトル対称性を取り扱えるフェルミオン形式、ドメインウォールフェルミオンを用いた。

また、これまで申請者らによって明らかにされてきた軸性ベクトルカレントに伴う核子行列要素に対する非常に大きな有限体積効果を制御することに留意し、非常に大きな物理体積による数値計算を遂行した。大きな物理体積の利点としては有限体積効果の問題から離れても、運動学的に零運動量の擬スカラータイプの形状因子は直接計算することができないので、零運動量近傍の有限な運動量(最も小さな運動量の自乗は0.1GeV2程度)を取り扱える点が挙げられる。我々の数値解析により、小さな運動量における擬スカラータイプの形状因子の振る舞いは、理論的に予想とされてきたパイオン極近似をよく満たしていることが確認され、最終的に核子ミューオン吸収の核子擬スカラー電荷としてカイラル摂動論による予言値に近い値を得た。我々の計算値は、最近スイスのPS1で行われた、MuCapcollaboratlonによる新しいOMCの実験値をよハイペロンβ崩壊の情報は、核子スピンにおける各フレーバー・クォークの寄与を査定する際、必要不可欠であるが、フレーバーSU(3)対称性を暗に仮定するため核子スピンに対するsクォークのスピン寄与に対する系統誤差は、実験的統計誤差と同程度と見積もられ、実際に核子内sクォークの核子スピンへの寄与が高い精度で決定できていない要因の一つになっている。本研究では、実験的に観測が難しいハイペロンβ崩壊におけるフレーバーSU(3)の破れの存在を格子QCD数値解析により直接観測することを試みた。複数あるハイペロンβ崩壊のうち、特にΞ^0→Σ^+崩壊に着目した。この崩壊は、中性子ベータ崩壊(n→p)とSU(3)対称性を仮定した場合に同一と考えられるため、中性子ベータ崩壊と比較することにより直接的にフレーバーSU(3)の破れを観測できる。実験的にもこの崩壊自体が1グループ(KTeV collaboration)でしか測定に成功しておらず、そあ実験誤差も測定値に対して約15%と大きいため、ハイペロンβ崩壊のフレーバーSU(3)の破れの有無さえ確認できていない。今回の研究では、Ξ^0→Σ^+崩壊のそれぞれベクトル、軸性ベクトルの両チャンネルに関与する計6つの異なる形状因子をそれぞれ独立に計測し、中性子β崩壊との違いを詳細に調べることによって、ハイペロンβ崩壊におけるフレーバーSU(3)の破れを数値解析によって高い精度でその存在を示すことに成功した。厳密に軸性ベクトル対称性を取り扱ることのできる格子フェルミオン形式、ドメインウォールフェルミオンを用いた、現実的な2+1フレーバーの格子QCD第一原理計算により、核子の構造関数の低次のモーメントに関して研究を行った。有限体積効果に充分留意し、二つの異なるの物理サイズ(一辺が2fmと3fmに相当する大きさ)の計算結果が統計誤差の範囲で差異がないことを確認した。また、アップ・ダウンクォークの質量はπ中間子質量に換算して330MeVに相当する、これまで行なわれてきた核子の構造関数に対する格子QCD計算よりも物理点に近い計算を行なった。物理量の繰り込みに際しては、格子上での繰り込み定数に関してRI/MOMスキームによる非摂動論的な繰り込みを行い、これまで大きな不定性となっていた摂動論による1-loop計算による繰り込みに由来するの系統誤差を最大限縮小することに成功した。これら全ての試みによって、これまでで最も精度の高い理論計算を成し遂げた。
新しく発見した生体膜リン脂質の構成脂肪酸決定機構に関する研究

1.我々は、従来から知られているアシルCoAシンテターゼとは全く異なるアシルCoAの生成酵素系をラット肝ミクロソームに見いだし、この酵素系の性状を検討した。この酵素系は遊離脂肪酸を基質とせず、膜リン脂質にエステル化した脂肪酸を直接基質とし、反応にATP等のエネルギーを必要としなかった。このATP-independent、CoA-dependentなアシルCoA生成系のCoAに対するKm値は100μM、Vmax値は20nmol/30min/mg proteinであり、この酵素系が生体内でアシルCoA生成に十分働きうることが考えられた。この酵素系はホスファチジルイノシトール(PI)を最も良い基質とし、次いでホスファチジルコリン(PC)、ホスファチジルエタノールアミン(PE)の順で基質となることを明らかにした。また、アラキドン酸を2位に多く有するプラスマローゲン、アルキル型リン脂質は基質となりえなかった。2.本酵素系が脂肪酸の脂肪鎖の延長、不飽和化に重要な役割を担っていることを明らかにした。脂肪酸修飾において従来考えられてきたホスホリパーゼA、アシルCoAシンテターゼによるアシルCoA生成の関与は低いことを示した。このことにより我々の提唱した本酵素の意義を証明できると考えられる。また、膜リン脂質の修飾により膜の流動性の変化等にも関与することが予想された。3.ラット肝細胞を用いて上記酵素系の細胞内分布を検討した。大部分の活性はミクロソーム画分に存在したが、核にも本酵素の活性が存在することを見いだし、この酵素系の新たな役割が考えられた。4.アシルCoA結合蛋白が本酵素系を見かけ上活性化することを見いだし、本酵素系の生理的な活性調節を明らかにした。5.本酵素系のミクロソームからの可溶化に成功した。更にハイドロキシアパタイト、レッドトヨパール、CoA-アフィニティークロマトグラフィー等を用いて精製を強力に推し進めつつある。
断層近傍での地震動と地盤の変形に関する研究

浅い所で断層が動き、その上に堆積層がある場合、断層変位は堆積層内をどう伝わり、地盤がどう変形するかに関し、逆断層の場合について、以下の様に検討を加えた。1基盤の変位により地盤がどう変形するか見るため、幅60cm×奥行き15cm×高さ20cmの容器に砂を詰め、容器底面の片半分を油圧ジャッキで上げて、底面の変位に伴い砂中にどの様に滑り線が生じ、どう変形するかを実験により調べた。その結果、底面の変位を増すにつれ、砂地盤の下部から上部へ向けて変形及び滑り線が発達していくのがみられた。滑り線は、複数発達したり、雁行しながら表層へ向かうのが観察されたが、個々の滑り線については既往の研究で指摘されている対数螺旋でかなりよく表現された。2次に個別要素法と有限要素法により実験のシミュレーションを行った。個別要素法については、5000個の粒子を用いて解析し、実験と比較した。解析で変形が集中した領域と実験で滑り線がみられた領域は一致し、この問題への適用可能性が示されたが、解析で変形の集中する領域は粒子10個程度の幅を持つため、今回用いた粒子数では、滑り腺の位置や地盤の変形を詳細に表すには至らなかった。有限要素法については、実験で滑り線がみられた所にジョイント要素を配して滑りの集中を表現すると共に、周囲の地盤はキャップモデルを用いてその非線形挙動を表して解析した。その結果、底面の変位に伴う変形形状や滑り腺に変形が集中する様子などを比較的よくシミュレートできた。3動力学断層モデルによって地震動を作成し、予想される滑り線をジョイント要素、周囲の地盤をキャップモデルで表した表層モデルに入力することで、有限要素法により、45度の逆断層を沖断層が覆っている場合に、どの程度の断層の動きで表層にまで滑りが達するかを、パラメトリックに検討し、予測を試みた。その結果、沖積層厚の数パーセントから10パーセント程度の変位が生じると沖積層下部から表層にまで達する滑りが生じる可能性があることが示された。
ジェンダー・高齢化と社会保障の持続可能性

この科学研究費は私の現在進行中である高齢化と政府の政策についての研究をサポートしてきた。現在、日本は先進諸国の中で現在最も急速な人口統計上の変化を迎えている。私の研究は出生率低下、団塊の世代の高齢化、死亡率の低下による国の未来の貯蓄率について複合的な要因を実証している。すでに我々は最近の国の貯蓄率が1990年に15パーセントだったのに対し2000年には6パーセントに減少したのは一時的なものではないことがはっきりしてきている。我々の予測モデルでは国の貯蓄率は、今世紀の今後は平均して5パーセントに満たないことを示している。他の研究においては、私は政府の政策における人口変化の推測について調査している。興味深いことに、我々は日本の高齢化にともなう医療費は抑えられ続けるであろうことを発見した。社会保障費を含めた方がはるかに大きく複雑な課題なのである。若い世代が現在のレベルの便益を保有し続けるためには消費税が16パーセントほどに堆額された場合にだけ達成されるが、この税率はヨーロッパと同等ではあるが、現在の5パーセントと比較した場合非常に高くなる。この同じ研究課題についてはまだ多くの課題が残されており、私は今後も取りくみ続けたいと考えている。我々が考えている研究モデルでは、退職の決定が内因として存在する。我々は現在決定の内因性について研究をしている。このことによって、最近の社会保障制度の変化がどう退職の決定に影響を与えているか調査が可能となるだろう。我々はまた、家庭の共働きの決定についてのモデル作成、所得税と社会保障制度の変化が既婚女性の労働力にどう影響を与えるかについての調査に興味を持っている。本年度は"The Saving Rate in Japan : Why it hasfallen and whyit willremain low"という人ロ統計の精緻なモデルを発展させた論文である。我々のモデルは歴史的データから貯蓄率の推移を再生し、未来の日本の貯蓄率を予測するというものである。先進6力国の中でも最も急速な人ロ統計上の変化を経験しているという意味において日本のケースは興味深い。モデルの予測は人口統計の変化は日本の貯蓄率を非常に低いままにするであろうと示唆している。たとえ我々が年3%の生産性向上を見込んだとしても、出生率の低下と高齢化の影響で純粋な個人貯蓄率は21世紀中には5%を越えないと予測される(因みに1990年頃まで日本の貯蓄率は15%であった)。この論文はInternational Economic Reviewに再掲載される。次に財政政策的に日本の高齢化の影響を調査する新しいモデルを構築した。我々の新しいモデルは社会保障、医療費、国債、労働に関する税金、消費、資本所得を考慮している。我々はデータ構築を終え、すでに比較定常状態を算出するフォートランプログラムを手にした。準備段階で得た結果は、純債務GDPの率がGNPの75%という新しい定常状態と1990年代の状況を比較すると、公的年金は厳密な源泉課税方式でまかなう社会保障システムによって担われ、生産活動に占める医療費のシェアは90年代のレベルにとどまる、ということであった。もし現在の緊縮財政下の価値均衡が消費税の調整で保たれると仮定すれば、最後の定常状態下では消費税は5ポイント上昇して10%になる。厳密な源泉課税方式を行うことによって公的年金の給付は60%にまで下がる。これらの結果には3つの原因がある:それは長寿化、労働年齢に該当する個人の減少、そして国債に対する高い利息支払いである。本年度の研究は社会保障と生涯にわたる労働供給に関する政府政策の効果をモデル化することに一定の成果をあげることができた。すなわち、エージェントが生涯にわたる労働供給の決定を行うモデルの定常状態を説明し解決することである。我々のモデルではエージェントは消費税率、労働、貯蓄に直面する。また、彼等は日本の厚生年金保険に基づく社会保障プログラムへの社会保障貢献を行っている。

利益は個人の生年と年によって異なる。我々はまた、健康管理システムの下での貢献と利益についてもモデル化した。最後に、我々は国債についてもモデル化した。我々は低い人口成長、退職者の高い割合、家計の労働供給決定と富についてのより高い長期負債GDP率などの効果についても考察を行った。我々の第1の所見は、将来の日本にとって最も大きな疑問点は老化に対し社会保障システムをどのように適応させていくか、ということ指し示している。また一方でもし日本が厳密な源泉徴収方式による社会保障システムに従うならば、将来の税金はそれほど上がらないだろう、ということも指し示している。もし消費税が政府の予算制約の現在の価値バランスを保つよう調整されるならば、消費税は現在の5%から10%にあがる。しかし、厳密な源泉徴収方式の下では社会保障利益の置換率は1990年の34%から最終定常状態の20%(我々の予測では2050年)にまで下がる。その代わり、もし社会保障の置換率が34%にとどまり、消費税が上がった場合、それは16%近くか、ヨーロッパ諸国と同レベルにまであがるであろう。第2の所見は低い出生率と低い死亡率の相乗効果は医療費をまかなっていた税率には大した影響は与えない、ということである。我々のモデルにおいては年齢による医療費支出を計測するのに実際のデータを用いた。もしこれらの支出が経済の他の支出と同じ率になるのであれば、医療貢献率は1%程度しかあがらない。
出産・育児体験ディスコースに見る女性の意識と社会・文化環境:日英米比較研究

本研究では、日本社会において子どもを産み育てやすい環境づくりの上で求められる出産・子育て支援とは何かを、女性自身の意識環境を調査することで明らかにした。調査方法に対面インタビューを採用し、その録音録画データを言語人類学・言語社会学的観点からナラティブ分析・マルチモーダル分析の手法で分析した結果、育児分担の平等性や制度・設備ではなく、社会構成員個々人が育児参画に積極的に取り組むべきという規範意識の徹底が、女性の母としての自己肯定感を生み出す土壌となり、それが産み育てやすさに繋がっている事が明確となった。本研究の目的は、子どもを産み育てやすい女性あるいは社会の意識環境を模索し、一つの社会的目標達成のために多分野の研究者が連携するモデルケースを示す事である。本年度は三つの柱(国内外に在住する出産育児を体験した日本人女性へのインタビュー調査;プロジェクトチームによる分析と考察;データベース化を見据えた調査結果の電子処理)を中心とした研究実施計画を遂行した。第一に、インタビュー調査は国内外各20名の目標に対し、英国29名、国内18名(茨城県8名、栃木県10名)、合計47名の調査を実施しており、目標を達成した。第二にプロジェクトチームによる分析と考察については、井出里咲子(筑波大学)、岡本多香子(日本女子大学)、秦かおり(立教大学)による研究会を重ね、2010年9月には社会言語科学会において岡本が恩恵表現を中心に発表、続いてInternational Gender and Language Associationではチームでパネルを企画、発表した。また、2011年1月には秦が英国調査結果を論文にし、同3月の社会言語科学会研究発表論文集では秦と岡本が調査結果の分析を執筆している。英国調査では、育児分担の平等性や、制度や設備に依らない個人の規範意識の徹底による子育て支援が母としての自己肯定感を生み出す土壌になると考察した。一方、国内農村地域の考察では、働き手としての役割に追われ子育ての主体者になれない社会規範の中で苦悩する母の自己否定と自己肯定のジレンマを描き出した。本研究では、この「母としての自己肯定感の獲得」を「子どもを産み育てやすい女性あるいは社会の意識環境」が整う鍵として捉え、更に研究を継続する。第三に調査結果の電子処理については、約8割のスクリプト化及び電子処理、ホームページの構築が終了、公開への土台を作り上げた。以上、本年度の研究実施計画は、全て計画通り遂行した事を報告する。本研究の目的は、子どもを産み育てやすい女性あるいは社会の意識環境を模索し、一つの社会的目標達成のために、多分野の研究者が連携するモデルケースを示す事である。本年度は三つの柱(海外でのインタビュー調査によるデータ収集と追跡調査、プロジェクトチームによるデータの分析、考察と研究成果発表、データベースの段階的作成)を中心とした研究実施計画を遂行した。第一に、インタビュー調査は英国在住英国人女性14名、英国在住日本人女性8名(昨年度追跡調査)、国内調査2名の計24名に調査を実施した。当初は海外調査先として米国も予定していたが、東日本大震災の影響により調査コーディネート期間に予算が確定せず、予算確保が保証出来なかったため、米国調査は2012年度に順延した。第二のプロジェクトチームによる分析考察・成果発表については、研究会を重ねた上、2011年6月に秦が言語と人間研究会(於:立教大学)にて発表、7月にチームで国際語用論学会(於:英国マンチェスター)にてパネル発表を行った(佐藤彰大阪大学准教授と合同企画)。ここでは岡本・秦は地域性(地域共同体の社会文化的規範が女性の意識環境に与える影響)を中心に発表、井出はインタビュー方法論について考察、その適切性を検証した。また、岡本・秦はインタビューナラティブにおけるcompleted-uncompleted storiesという分析概念を新しく考案・導入し、9月の社会言語科学会(於:龍谷大学)、2012年1月の話し言葉の言語学研究会(於:慶応義塾大学)、同2月の筑波大学大学院招待レクチャーにおいて発表した。第三に調査結果の電子処理については、英国人女性に行ったインタビューのうち、8名分をスクリプト化及び電子処理を終了した。以上、本年度の研究実施計画は、予算の都合上2012年度に順延した米国調査を除き、全て計画通り遂行した事を報告する。本研究の目的は、子どもを産み育てやすい女性あるいは社会の意識環境を模索し、多分野の研究者が連携するモデルケースを示す事である。本年度は四つの柱(海外でのインタビュー調査によるデータ収集と追跡調査、プロジェクトチームによるデータ分析考察・研究成果発表、書籍の出版、データの電子処理化)を中心とした研究実施計画を遂行した。第一に、インタビュー調査は、国外調査23名(英国:英国人女性4名、日本人女性7名、米国:米国人女性4名、日本人女性8名)、国内調査2名(日本人女性と男性各1名)計25名に調査を実施した。また、インタビュー内容に東日本大震災の影響を盛り込む等、社会変化に対応した処置を行うことによって、当初の計画以上の調査を行った。

第二の調査結果の分析考察・成果発表については、2012年6月に秦がInternational Symposium on Language and Communication(於:トルコイズミル大学)において口頭発表、9月には第30回社会言語科学会研究大会においてナラティブ研究のワークショップ(秦と佐藤彰大阪大学准教授の合同企画)を行い、秦、井出、岡本が発表を行った。第三に、同3名は研究成果を『ナラティブ研究の最前線』(ひつじ書房、秦・佐藤共編、印刷中)に掲載、更に秦・岡本・佐藤は当該研究の第一人者Alexandra Georgakopoulouの論文を翻訳し同書に掲載する。第四に調査結果の電子処理については、スクリプト化及び電子処理化を行った。本研究の意義は、「育てやすさ」とは、人間同士の繋がりからくる意識の問題と、それを具現化した日々の相互行為における積み重ねから協働構築されるということを実証的に示した点である。また、今後の研究の素材となるデータの蓄積を達成したことも重要な成果である。以上、本年度の研究は、当初の計画以上に遂行した事を報告する。本年度は計画以上に分析・考察が進み、実証に基づく新たな概念(completed/uncompleted stories)の確立、発表に至った。計画していた米国調査を2012年度に順延させる変更があったが、その分2012年度に企画していた英国調査のうち、本年度に実施出来るインタビュー調査を前倒して遂行したため、海外調査においては順調と判断する。従って、総合評価として「(1)当初の計画以上に進展している」とした。24年度が最終年度であるため、記入しない。2012年度は(1)海外調査、(2)国内追加調査、(3)データベース化という当初の計画に加えて、(4)研究成果を報告する書籍の出版を行う。(1)は2012年度に順延した米国調査を井出・岡本が行い、日米英のデータを揃え分析・考察する。(2)の国内調査に関しては、殊に東日本大震災後の育児を取り巻く環境の変化が女性の意識環境にどう影響を与えているかも追加課題とする。(3)は公開の範囲とタグの設定などの最終的な調整を行う。(4)は佐藤彰大阪大学准教授と秦の共編著でナラティブ研究に関する書籍をひつじ書房より出版する事が決定しており、そのプロセスを蕭々と進めていきたい。
新規翻訳後修飾因子UBL3を介した輸送システムの解析

申請者は新たな翻訳後修飾因子の探索を目的として、バイオインフォマティクス手法により、進化的に高度に保存されたUBL3を同定した。UBL3が翻訳後修飾因子として作用する事だけでなく、エクソソーム中へ輸送される事も見出した。UBL3の生理学的な作用を探求するために、当該年度において、UBL3-KOマウスを用いた研究を行った。その結果、野生型に比べKOマウスのエクソソーム中の60%の総タンパク質の減少を見出した。miRNA存在量には変化がなかった。UBL3はエクソソーム粒子濃度、粒子径、miRNA量には影響を及ぼさずエクソソームへ輸送されるタンパク群にのみ影響を及ぼしているという興味ある知見を得たエクソソームは癌発症等により細胞から放出される小胞体であり、新たな細胞間コミュニケーションとして注目されているが、特定タンパク群のエクソソームへの輸送機構は不明である。申請者は新たな翻訳後修飾因子の探索を目的として、バイオインフォマティクス的な手法により、進化的に高度に保存されたUBL3を同定した。UBL3がユビキチンやSUMOのように翻訳後修飾因子として作用する事だけでなく、エクソソーム中へ輸送されている事も見出していた。UBL3の生理学的な作用を知るために、当年度において、申請者はUBL3-KO miceを用いた研究を行った。その結果、野生型及びUBL3 KO miceの血清からエクソソームを精製し、存在タンパク量が野生型に比べUBL3KOマウスでは減少していた。更に、野生型及びUBL3 KO miceから初代培養を行い、培地中に存在するエクソソームを精製した結果、同様の現象が観察された。精製したエクソソームを観察するために、血清から精製されたエクソソームに対して、電子顕微鏡による形態観察を行った。その結果、UBL3存在量自体がUBL3 KO miceでは減少している事が分かった。更に、UBL3抗体を用いた検出により、内在性UBL3もエクソソームに局在する事が分かった。これらの結果は、UBL3がエクソソームへ選択的に輸送するだけでなく、エクソソーム形成において、生理的な役割を持つ事を示している。エクソソームは細胞外へ放出される小胞体であり、エクソソーム内にはタンパク質、mRNA、miRNAが存在する事が知られている。それらエクソソームは再び細胞に取り込まれることで、エクソソーム中の分子が作用し、細胞内シグナルに影響を及ぼす事から新たな核酸医薬やタンパク医薬のデリバリー系への応用が期待されている。本研究成果は、エクソソームを介した新たな医療薬への応用が期待できる。エクソソームは癌発症等により細胞から放出される小胞体であり、新たな細胞間コミュニケーションとして注目されているが、特定タンパク群のエクソソームへの輸送機構は不明である。申請者は新たな翻訳後修飾因子の探索を目的として、バイオインフォマティクスにより、進化的に高度に保存されたUBL3を同定した。UBL3の生理学的な作用を知るために、当該年度において、申請者はUBL3-KOマウスを用いた研究を行った。UBL3抗体を用いた検出により、内在性UBL3もエクソソームに局在する事を見出し、大脳と大腸と小腸においてもUBL3依存的な翻訳後修飾を観察した。野生型及びKOマウスの血清からエクソソームを精製し、エクソソーム総タンパク質を電気泳動法により解析を行った。その結果、野生型に比べKOマウスでは60%の総タンパク質が消失していた。電子顕微鏡による形態観察を行った結果、KOマウスからのエククソームは野生型に比べ検出には若干の調整が必要であるが形態的には異常は検出できなかった。更に、ナノサイトによる測定の結果、野生型とKOにおいて、粒子数と平均粒子直径において有意差は検出できなかった。エクソソームからRNA精製し、リアルタイムPCRを行った結果、エクソソーム中のmiRNA存在量は野生型とKOにおいて有意差は検出されなかった。以上の結果は、UBL3はエクソソーム粒子濃度、粒子径、miRNA量には影響を及ぼさずエクソソームへ輸送されるタンパク群にのみ影響を及ぼしている事を示す。エクソソームを介したタンパク伝播は、癌転移のみならず、アルツハイマー病やプリオン病などの神経障害にも関わっている事が知られている。本研究成果はエクソソームを介した新たな医療薬への応用が期待できる。

UBL3はエクソソーム粒子濃度、粒子径、miRNA量には影響を及ぼさずエクソソームへ輸送されるタンパク群にのみ影響を及ぼしているという興味ある知見を得た申請者は、新しい翻訳後修飾UBL3化の発見、UBL3とエクソソームマーカーとの細胞内での共局在、エクソソーム分画でのUBL3検出などを行ってきた。当年度は、UBL3の生理的な機能解析を目的として、野生型マウスとUBL3 KOマウスからエクソソームをそれぞれ回収して、解析する事を計画した。マウス血清からエクソソーム精製を行い、SDS-PAGEによる電気泳動を行い、タンパク質への蛍光染色剤であるSyproRubyによる染色行った。その結果、UBL3 KO miceでは野生型に比べてエクソソーム分画中の存在タンパク量が少ない事がわかった。更に、野生型マウスとUBL3 KO miceから臓器を摘出し、初代細胞培養を行い、培養液からエクソソームを精製した。初代培養細胞から精製されたエクソソームにおいても、同様にUBL3 KOマウスでも、エクソソーム中の存在タンパク量は減少していた。エクソソームの形態的な比較を行なうために、電子顕微鏡による実験系を立ち上げ、野生型マウスとUBL3マウスの血清からの精製エクソソームの比較を行った。当該年度の予定通り、UBL3 KOマウスから得られたエクソソームに対する解析は行なう事が出来たため、「おおむね順調」との自己評価を行った。細胞生物学今後の予定としては、これまでの研究成果を取りまとめ、科学雑誌への投稿を行なう。また、平成27年度の研究計画として発案していた、UBL3結合分子の生理学的な意味と、エクソソーム形成への役割に対する研究を推進しさせる。どういう分子が、どのような反応系でUBL3と結合するのかを解明させる。平成27年5月より、藤田保健衛生大学の共同利用施設へ新たに導入される質量分析機(Theramo Scientific社、Orbitrap Fusion)などの裝置を積極的に利用し、野生型マウスとUBL3 KO miceから精製されたエクソソームに対して網羅的プロテオミクス解析を行なう事を考えている。この解析による、どういう分子が影響を受け、どういう分子が影響を受けないのかを網羅的に知る事ができる。影響を受ける分子のタンパク質配列での共通項目を探る事で、UBL3に依存したエクソソームへの輸送システムが理解できるのではないかと考えている。ここから得られた情報を駆使し、将来的には、医薬応用可能な人工エクソソームの創生を目指す。細胞分泌小胞に対するネガティブ染色による電子顕微鏡の技術確立に対して、予想以上に時間を要した。アダルトマウスから初代培養細胞の育成及び、初代培養細胞からの分泌粒子の精製等の実験条件の確立にも時間を要した。当該年度は、電子顕微鏡観察に必要とされる各種試薬類を市販品に切り替え、スピードアップを図る。
哺乳動物細胞系における糖タンパク質糖鎖の酵素的脱離

本研究は、糖タンパク質糖鎖脱離反応がタンパク質の新しい翻訳後修飾過程の一つとして位置付けられことを証明し、また糖鎖脱離現象の普遍性を実証ことである。主として糖鎖を脱離する酵素であるペプチド:N-グリカナーゼ(PNGase)の分布、性質について以下の成果が得られた。糖タンパク質糖鎖り脱離を触媒するPNGaseの哺乳動物における普遍的存在と分子種多様性、細胞内における広い分布が明らかとなり、所期の目的がほぼ達成されたといえる。更に、糖タンパク質の生合成、代謝のあらゆる過程への関与が示唆され、今後は、これらの生物学的現象への具体的な関与を解明が重要である。(1)マウス結合組織由来線維芽細胞(L-929)中に見出したPNGase(L-929PNGase)の完全精製を行い、酵素の性質、基質特異性を調べ、植物、細菌由来の既知の酵素との違いを明らかにした。(2)L-929PNGaseに糖鎖結合(レクチン様)活性をもつことをつきとめ、細胞内において糖鎖の切断機能と糖鎖への結合を介する機能の2重機能をもつ可能性が示された。(3)培養細胞および臓器・組織におけるPNGase活性の検索、同定を、まず簡便で確実な酵素アッセイ法を確立して行った結果、マウス、ラット、ヒト、ウシ、ブタ、ニワトリの臓器にも酵素活性の存在が明らかとなった。(4)マウスにおける臓器分布を調べた結果、酵素活性の程度は異なるがどの臓器にも認められた。また、可溶性、膜結合性の両画分に活性が見出された。(5)ブタ脾臓に存在する可溶性の酵素の部分精製を行った結果、少なくとも4種類の性質の異なるPNGase活性が見出され、"PNGasefamily"というべき酵素群の存在が示唆された。タンパク質が機能発現するまでに受ける種々の翻訳後修飾過程において、糖鎖転移反応の重要性は広く認識されている。一方、リン酸化/脱リン酸化反応にみられるように、細胞機能調節機構としてのタンパク質修飾における修飾基形成反応に対する脱修飾基反応は重要であると考えられるが、糖鎖脱離反応の重要性については、我々の動物細胞系におけるペプチド-N^4-(N-アセチルグルコサミニル)アスパラギンアミダーゼ(PNGase)の発見以前には認識されていなかった。PNGaseは糖タンパク質の糖鎖脱離を触媒する酵素であり、タンパク質の翻訳後修飾機構としてのN-glycosylation/de-N-glycosylationの鍵となる酵素である。そこで本研究はこの酵素の普遍的存在とタンパク質の機能発現制御への関与を証明することを目的として、哺乳動物の組識、細胞にこの酵素の存在を検索するとともに、内在性基質を同定することを目指している。平成5年度は以下の研究を実施した。1マウス結合組織由来線維芽細胞(L-929)中に見出したPNGaseの精製と酵素学的諸性質の解析。マウス培養細胞L-929から疎水クロマトグラフィー、ゲル濾過を行うことによって酵素をタンパク質として均一になるまで精製した。精製酵素の酵素の性質、基質特異性を調べ、植物、細菌由来の既知の酵素との違いを明らかにした。これらの実績は学術雑誌に発表した。酵素の局在部位の同定、機能解明を目的として、現在、酵素に対する抗体を作製するための酵素の大量調製を行っている。2培養細胞におけるPNGase活性の同定。マウス以外の種由来の培養細胞を用いて、この酵素活性を検索したところ、調べた全ての種(ヒト、ラット)に存在が明らかとなった。3マウス各組織におけるPNGaseの検索、同定、および性質。

マウスにおける臓器分布を調べた結果、酵素活性はどの臓器にも認められること、また臓器のなかでも脳(特に胚)、脾臓に高い比活性が認められた。今後、神経系形成、免疫現象への関与に興味がもたれる。糖タンパク質糖鎖脱離反応がタンパク質の新しい翻訳後修飾過程の一つとして位置付けられることを証明し、また、この糖鎖脱離現象の普遍性を実証する目的で研究を行い、本年度は、主として糖鎖を脱離する酵素であるペプチド:N-グリカナーゼ(PNGase)の分布、性質について以下の成果が得られた。(1)マウス結合組織由来線維芽細胞(L-929)から精製されたPNGase(L-929 PNGase)の糖結合活性:-既知の植物、細菌由来のPNGaseと異なる性質の一つとして、L-929 PNGaseには糖鎖結合活性が存在することが明らかとなった。(2)培養細胞および臓器・組織におけるPNGase活性の時間的、空間的な存在分布:-まず、プロテアーゼ活性等が含まれる粗画分を用いて確実に簡単にPNGase活性を検出・同定する方法を開発し、その方法を用いてマウス、ラット、ヒト、ウシ、ブタ、ニワトリの臓器にも酵素活性の存在が明らかとなった。また、8周令マウスにおける臓器分布を調べた結果、酵素活性の程度は異なるがどの臓器にも活性が認められた。ニワトリ胚の発生過程における脳のPNGase活性の変化を調べた結果、段階特異的に活性の発現量が変化することが明らかとなった。(3)ブタ脾臓に存在する可溶性酵素の部分精製と性質:-ブタ脾臓の可溶性PNGaseには、分子量と至適pH等の性質が異なる少なくとも4種類のPNGaseが同定され、PNGaseファミリーというべき酵素群の存在が示唆された。(4)哺乳動物PNGaseの内在性基質の同定:-ニワトリ卵白アルブミンの生合成中間体の一つとして検出される糖鎖を2本結合するhighly glycosylated型を完成型分子へと変換する過程に関与する輸卵管局在PNGaseが同定された。
Early Pregnancy Factor(超早期妊娠関与因子)の研究

Early Pregnancy Factor(EPF)は,受精後最も早く出現するタンパクとしてMorton H.らによって1974年に報告され,てその後生化学的,免疫学的なアプローチがなされているが,未だその本体は不明な点が多い.今回我々は, EPFのassay系の改善,精製,生化学的特性,免疫学的特性について以下の知見を得た.1.従来行われていたEPF活性の検出法は,大量のヒトリンパ球および検体を必要とし,しかも安定性および再現性に問題があったが,我々は,リンパ球数と検体量を従来の1/5に減少し, U底のマイクロプレートを使用することにより,少量のリンパ球と検体でより安定性のある測定系を確立した.2.Crude hCGをゲル濾過カラム(Sepadex G75 superfine)にかけ, EPF活性分画が40KDにあり,これがhCG活性分画と重複することを確認した.このEPF活性分画をDEAEセルロースカラム(DE52)Nacgradient(0-1.0M)で分析すると,第2分画にEPF活性を認め, hCG分画とある程度分離できた.さらに, Fast Protein Liquid Chromatography(FPLC)で分析した.陰イオン交換(MonoQ)・陽イオン交換(MonoS)では複数のEPF活性を示すピークが得られた.クロマトフォーカシングを用いて等電点を測定すると, EPF活性が検出されたのはP15.5-6.5の3ピークで,最強分画の等電点は6.5であった.3.CrudehCGよりクロマトグラフィー法によって分画したEPF活性分画は,クローンT細胞増殖反応, MLR,抗羊赤血球抗体産生に関して,抑制効果を示めさなかった.4.現在, EPFの精製材料として妊婦尿からの抽出物質を利用することに成功し量的問題が解決されたことにより,今後の精製過程に期待がもたれる.Early Pregnancy Factor(EPF)は,受精後最も早く出現するタンパクとしてMorton H.らによって1974年に報告され,てその後生化学的,免疫学的なアプローチがなされているが,未だその本体は不明な点が多い.今回我々は, EPFのassay系の改善,精製,生化学的特性,免疫学的特性について以下の知見を得た.1.従来行われていたEPF活性の検出法は,大量のヒトリンパ球および検体を必要とし,しかも安定性および再現性に問題があったが,我々は,リンパ球数と検体量を従来の1/5に減少し, U底のマイクロプレートを使用することにより,少量のリンパ球と検体でより安定性のある測定系を確立した.2.Crude hCGをゲル濾過カラム(Sepadex G75 superfine)にかけ, EPF活性分画が40KDにあり,これがhCG活性分画と重複することを確認した.このEPF活性分画をDEAEセルロースカラム(DE52)Nacgradient(0-1.0M)で分析すると,第2分画にEPF活性を認め, hCG分画とある程度分離できた.さらに, Fast Protein Liquid Chromatography(FPLC)で分析した.陰イオン交換(MonoQ)・陽イオン交換(MonoS)では複数のEPF活性を示すピークが得られた.クロマトフォーカシングを用いて等電点を測定すると, EPF活性が検出されたのはP15.5-6.5の3ピークで,最強分画の等電点は6.5であった.3.CrudehCGよりクロマトグラフィー法によって分画したEPF活性分画は,クローンT細胞増殖反応, MLR,抗羊赤血球抗体産生に関して,抑制効果を示めさなかった.4.現在, EPFの精製材料として妊婦尿からの抽出物質を利用することに成功し量的問題が解決されたことにより,今後の精製過程に期待がもたれる.われわれは、すでにヒト体外受精卵(前核期2分割4分割卵)の培養上清中にEPF活性の存在することを確認している。さらに、EPF活性の測定は臨床的に、不妊症患者における受精障害と着床障害の鑑別および体外受精、胚移植後の胚の予後推定に有用であることを報告してきた。EPFの臨床応用をさらに進めるためには、EPFの抽出・精製が不可欠であり、妊婦尿から採取したcrudehCGよりクロマトグラフィー法によりEPFの抽出・精製およびモノクローナル抗体の作製を行ない、以下の知見を得た。1.CrudehCGをゲル濾過カラム(Sephadex G75 Superfine)にかけて、EPF活性分画が20Kdおよび40Kdにあり、これがhCG活性分画に重複することを確認した。2.上期EPF活性分画をDEAEセルロースカラム(DE-52)を用いて、NaClgradient(01.0M)をかけて分析すると、第2分画にEPF活性を認め、EIA法によるhCG活性分画とは分離していることを確認した。3.上期EPF活性分画をFast Protein Liquid Chromatography(FPLC)を用いて分析した。陰イオン交換(MonoQ)、陽イオン交換(MonoS)では複数のEPF活性を示すピークが得られた。クロマトフォーカシングを用いて等電点を測定するとEPF活性が検出されたのはPI5.56.5の3ピークであり、EPF活性最強分画の等電点は6.5であった。
境界要素法による三次元連続体の形状・形態最適設計法の開発

1.多孔体解析特殊境界要素法の検討....最大剛性設計問題を対象に,物体内部に架空の複数の楕円体空孔を点在させたときの変位解析を,無限体中に楕円体空孔が存在する場合の基本解をもとに実施する境界要素法を考察し,基本的な例題への適用を試みた.しかしその結果をもとに実在する空孔の位置や寸法を決定する合理的な基準を見出すまでには至らなかった.今後さらに詳しい検討が必要である.2.近似最適化問題構成法の検討....2次元および3次元連続体の形状最適化を対象に,直接微分法に基づく設計感度解析法の具体的な定式化を行い,対応するプログラムを作成して基本例題の解析結果からその有効性,精度を確認した.また少数の設計変数で任意形状を表現する具体的方法として空孔形状などの表現に適した三角級数補間法と,より複雑な形状の表現に適したアイソパラメトリック補間法を取上げ,最大剛性設計,最小重量設計問題に適用して有効性を検証した.さらにそれらの成果をもとに,目的関数を設計変数の二次式に,感度解析結果をもとに変位・応力制約条件を設計変数の線形式に近似する近似解法を考案し,基本的な設計例に適用してその効率などについて検討した結果,最適解を得るまでに必要な境界要素解析,設計感度解析回数を大幅に削減できることを確認した.3.トンネル法による大域的最適解探索法の検討....局所解の存在する制約付き最適化手法として,1つの局所解の位置に関数値が無限大となる極を導入した人為的な修正目的関数から現在の極小値よりさらに値の小さい設計点を探索する方法を考案し,基本的な構造設計例に適用して有効性を確認したが,空孔の設置・消滅により異なったトポロジに自動的に移項させる問題への適用までには至らなかった.今後さらに形態最適化問題への有効性の検討が必要である.1.多孔体解析特殊境界要素法の検討....最大剛性設計問題を対象に,物体内部に架空の複数の楕円体空孔を点在させたときの変位解析を,無限体中に楕円体空孔が存在する場合の基本解をもとに実施する境界要素法を考察し,基本的な例題への適用を試みた.しかしその結果をもとに実在する空孔の位置や寸法を決定する合理的な基準を見出すまでには至らなかった.今後さらに詳しい検討が必要である.2.近似最適化問題構成法の検討....2次元および3次元連続体の形状最適化を対象に,直接微分法に基づく設計感度解析法の具体的な定式化を行い,対応するプログラムを作成して基本例題の解析結果からその有効性,精度を確認した.また少数の設計変数で任意形状を表現する具体的方法として空孔形状などの表現に適した三角級数補間法と,より複雑な形状の表現に適したアイソパラメトリック補間法を取上げ,最大剛性設計,最小重量設計問題に適用して有効性を検証した.さらにそれらの成果をもとに,目的関数を設計変数の二次式に,感度解析結果をもとに変位・応力制約条件を設計変数の線形式に近似する近似解法を考案し,基本的な設計例に適用してその効率などについて検討した結果,最適解を得るまでに必要な境界要素解析,設計感度解析回数を大幅に削減できることを確認した.3.トンネル法による大域的最適解探索法の検討....局所解の存在する制約付き最適化手法として,1つの局所解の位置に関数値が無限大となる極を導入した人為的な修正目的関数から現在の極小値よりさらに値の小さい設計点を探索する方法を考案し,基本的な構造設計例に適用して有効性を確認したが,空孔の設置・消滅により異なったトポロジに自動的に移項させる問題への適用までには至らなかった.今後さらに形態最適化問題への有効性の検討が必要である.
局在光電場中の単一カーボンナノチューブ電子状態の解明とその制御

本研究では、局在光電場を生じるナノ構造中の単一カーボンナノチューブの電子状態を解明し、その制御を目指した。同時に、ナノ光ファイバー上に成長させたカーボンナノチューブの基底励起子遷移による共鳴レイリー散乱を観測することに成功した。ナノ光ファイバー上に成長したカーボンナノチューブの共鳴レイリー散乱は、従来の発光測定で観測されてきた励起子遷移の線幅(10meV)よりシャープな(1meV)スペクトルとなることがわかった。PFO分散カーボンナノチューブの発光量子効率の低下要因が超音波分散によるナノチューブの切断にあることも明らかにした。また、光電場に対して大きな応答が期待されるキャリアドープカーボンナノチューブの基礎的な光学特性を明らかにした。本研究は、エバネッセント場を生じうるナノ構造近傍にカーボンナノチューブを成長させ、その電子状態の制御を目指している。本年度は、局在光電場を生じうるナノ構造としてナノ光ファイバーに着目し、ナノ光ファイバー上に成長させたカーボンナノチューブの基底励起子遷移によると考えられる共鳴レイリー散乱を観測することに成功した。ナノ光ファイバー上に成長したカーボンナノチューブの共鳴レイリー散乱では、従来の発光測定で観測されてきた励起子遷移の線幅(10meV)よりシャープな(1meV)スペクトルが観測された。この結果は、キャビティなどにカーボンナノチューブを閉じ込めることで、その線幅を制御できる可能性を示した重要な結果であると考えている。また、発光やラマン散乱によりSi基板上に成長させた1本のカーボンナノチューブのカイラリティ評価システムを構築した。このシステムは、今後、ナノ構造近傍に分散させた1本のカーボンナノチューブのカイラリティ評価へ利用できると考えている。一方、アルコールCVD法を用いて、単一分光に必要な1本/μm^2の成長密度でカーボンナノチューブを目指した。流量の調整により、ある程度の配向制御は可能であるが、成長密度の調整との両立する最適なパラメーターを見出すことは出来なかった。後は、目的達成のために、カーボンナノチューブ分散溶液などを試料として用いることも検討する必要があることがわかった。本研究では、ナノ構造表面に局在する電磁場モードを用いてカーボンナノチューブの電子状態制御を目指している。本年度は、ナノプラズモニクスの手法との融合により9、ナノギャップやナノ粒子近傍でのナノチューブの光学的性質を調べることを計画していた。しかし、他グループの先行研究の結果から、通常のカーボンナノチューブでは、表面プラズモン共鳴による発光増大は観測されるものの、発光エネルギーの制御などを行うことは容易でないことが示唆された。一方、分子ドーピングにより、ホールドープや酸素ドープしたカーボンナノチューブでは、荷電励起子発光や局在励起子発光などの興味深い現象が観測されている。この系では、電荷バランスが崩れでおり、より容易に局在電場に対する応答が期待される。そこで、このホールドープしたナノチューブへターゲットを変更し、その基礎的な光学特性を調べた。まず、ホールドープしたカーボンナノチューブにおいて、吸収スペクトルの詳細な解析を行い、他の半導体に比べキャリアー励起子散乱が抑えられていることを明らかにした。また、電場印加により、抑制されていた励起子ピークが増大することも見出した。この他に、一連の研究に使用しているPFO分散単層カーボンナノチューブにおいて発光量子効率が制限される要因が、その長さにあることも明らかにした。ナノ構造表面に局在する電磁場モードを用いたカーボンナノチューブの電子状態制御へ向け、分子ドープしたカーボンナノチューブの基礎的な光学応答とその電場印加効果を調べた。分子ドープしたカーボンナノチューブでは、荷電励起子の生成などの多体現象やジオメトリ効果を反映した興味深い現象が観測されており、局在電場に対しても特異な応答が期待される。そこで、分子ドープによりホールドープしたカーボンナノチューブの発光の温度変化を詳細に測定・解析し、励起子が1次元的運動をするのに対し、荷電励起子は空間的に局在していることを明らかにした。電気化学的な手法を用いることで、正・負の荷電励起子が生成できることも示した。一方で、局在電場効果を検証する予備実験として、ホールドープしたカーボンナノチューブに一様電場を印加し、発光スペクトうの変化を検証した。その結果、励起子発光が回復するのに対し、荷電励起子発光はほとんど影響を受けないことがわかった。この結果は、荷電励起子が局在しているためだと考えられる。また、酸素ドープカーボンナノチューブも、局在電場による電子状態制御に有望な候補であることを見出した。酸素ドープサイトに局在する励起子の発光量子効率は、ナノチューブ上を移動する1次元励起子をはるかに凌駕していることがわかった。

現在、このホールドープカーボンナノチューブの荷電励起子や酸素ドープナノチューブの励起子の局在性を利用し、プラズモニクス的手法でナノ構造周辺に発生させる局在電磁場による電子状態制御へと結びつけることを目指している。研究代表者の所属変更に伴い、実験手法、ターゲットに関して若干の変更を余儀なくされた。また、最近、荷電励起子や局在励起子による興味深い光学応答が報告されている分子ドープしたナノチューブでは、電荷バランスが崩れており、電場に対してより敏感な応答を示すことが期待される。そこで、本研究の計画達成へ向け、この分子ドーブナノチューブも対象に含めることが望ましいと判断し、その基礎的な光学特性についての研究も行ったため、当初計画に比べて若干の遅れが生じている。24年度が最終年度であるため、記入しない。他のグループの先行研究から、通常のカーボンナノチューブのみをターゲットにした研究では、局在光電場による光物性の大きな変調は難しいごとが予想される。そこで、今後、本年度基礎的性質を調べてきた分子ドープ系ナノチューブを主なターゲットとし、ナノプラズモニクスなどの手法を用いて発生させた局在電磁場モードによって、局在モゾドとナノチューブの相互作用機構の解明とその制御を試みる。