hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カーボーンナノチューブの電流限界に関する理論及びシミュレーション

前半は,金属的性質を持つ単層アームチェア型ナノチューブを選択成長させるための最適なシース電場をヒュッケル・ポアソン法を用いて定量的に評価した.最適シース電場はチューブ長の3乗に逆比例し,ある長さより長いチューブに対しては外部シース電場制御による選択成長が可能であるとの結論を得た.次に自己磁場と有限長という効果を取り入れるためスラブモデルを設定し,電子の束縛状態の固有関数を近似的に解いた.有限の厚みのシートと平行方向に磁場を配置し,シートの中心面に原子核による正電荷を分布させる.遮蔽効果を考慮し,電場・磁場の両効果を取り込んだ一電子の波動関数は超幾何関数で表すことができ,これらの関数の各領域における接続条件とエネルギー固有値の条件によって決まる新たな束縛状態(ランダウモード)を発見した.具体的にはシートの中心面を挟んで進行方向が異なるモードが存在する波数条件を見いだすことに成功した.そして最近注目されている電気的破壊の実験結果において報告者が指摘している新たなランダウモードが影響を与えているのではないかという一つの証拠を見つけた.これは一定電流値以上を流した大半径多層チューブでは殻が一枚ずつ消失して細ってゆき(thinning),また単層チューブのロープでも同様の破壊(breakdown)が,特に空気中で起こるというものである.そこで報告者が得たモードとこれらの現象について考察し,成果を学術雑誌にまとめた.結論として,カーボンナノチューブという特異な幾何学条件と電磁気条件によって,新たな量子力学的束縛状態が発見された.この新たなランダウモードは,印加電流による自己磁場が強くないと存在しない,マクロな電流には寄与しない,チューブ外側に状態密度が存在するためbreakdownやthinningに強く関与する,ことなどがわかった.このモードが存在するとチューブ周りのガスやチューブ壁上の付着物を活性化させ,その結果炭素壁の結合が破壊されると考えられる.前半は,金属的性質を持つ単層アームチェア型ナノチューブを選択成長させるための最適なシース電場をヒュッケル・ポアソン法を用いて定量的に評価した.最適シース電場はチューブ長の3乗に逆比例し,ある長さより長いチューブに対しては外部シース電場制御による選択成長が可能であるとの結論を得た.次に自己磁場と有限長という効果を取り入れるためスラブモデルを設定し,電子の束縛状態の固有関数を近似的に解いた.有限の厚みのシートと平行方向に磁場を配置し,シートの中心面に原子核による正電荷を分布させる.遮蔽効果を考慮し,電場・磁場の両効果を取り込んだ一電子の波動関数は超幾何関数で表すことができ,これらの関数の各領域における接続条件とエネルギー固有値の条件によって決まる新たな束縛状態(ランダウモード)を発見した.具体的にはシートの中心面を挟んで進行方向が異なるモードが存在する波数条件を見いだすことに成功した.そして最近注目されている電気的破壊の実験結果において報告者が指摘している新たなランダウモードが影響を与えているのではないかという一つの証拠を見つけた.これは一定電流値以上を流した大半径多層チューブでは殻が一枚ずつ消失して細ってゆき(thinning),また単層チューブのロープでも同様の破壊(breakdown)が,特に空気中で起こるというものである.そこで報告者が得たモードとこれらの現象について考察し,成果を学術雑誌にまとめた.結論として,カーボンナノチューブという特異な幾何学条件と電磁気条件によって,新たな量子力学的束縛状態が発見された.この新たなランダウモードは,印加電流による自己磁場が強くないと存在しない,マクロな電流には寄与しない,チューブ外側に状態密度が存在するためbreakdownやthinningに強く関与する,ことなどがわかった.このモードが存在するとチューブ周りのガスやチューブ壁上の付着物を活性化させ,その結果炭素壁の結合が破壊されると考えられる.今年度前半は、課題として残っていた金属的性質を持つアームチェア型ナノチューブを選択成長させるのに最適なシース電場を定量的に評価した。開放端単層ナノチューブに印加すべき最適電場をヒュッケル・ポアソン法を用いて見積もった。しかし、工学的には外部から制御できるシース電場の値を見積もることが要求される。1.チューブ間隔の下限は、チューブ長にほぼ比例することがわかった。例えば50nmのチューブを成長させるために必要な間隔は約30nmである。2.最適シース電場はチューブ長の3乗に逆比例することがわかった。即ちある長さより長いチューブに対しては外部シース電場制御による選択成長が可能である。例えば50nmのチューブを選択成長させるために必要なシース電場は1V/μmである。本研究の成果は早稲田大学で行われたシンポジウムで報告し、また学術雑誌JJAPに投稿し掲載された。次にナノチューブに流すことができる電流限界の研究について記す。本研究課題では有限長かつ帰還電流を考察するため、本質的に3次元問題となり既存のナノチューブ伝導理論が適用できない。そこでチューブが有限である効果と自己磁場の影響を考察するため、ランダウの量子化を参考に電子の束縛状態を議論した。有限の厚みのシートを設定し、シートを巻いたものがナノチューブとする。シートの中心面に正電荷を分布させシートと平行方向に磁場を配置する。電場・磁場の両効果を取り込んだ一電子の波動関数はエルミート関数で表すことができ、この関数の零点によって決まる束縛状態を新たに発見した。

そしてシートの中心面を挟んで正負の進行方向が異なるモードが存在する波数条件を見いだすことに成功した。即ちマクロな帰還電流に対応する量子条件の第一歩を見いだした。この知見を基に格子条件の導入を含めたシミュレーションの準備を行っている。本研究課題では伝導電流に起因する自己磁場の影響を、有限長のチューブに対して考察するため、系が本質的に3次元問題となり既存の1次元ナノチューブ伝導理論の適用が困難である。そこで上記2点の効果を取り入れるためカーティシャン座標系でのスラブモデルを設定し、電子の束縛状態の固有関数を近似的に解いた。有限の厚みのシートを設定し、シートを巻いたものがナノチューブとする。シートと平行方向に磁場を配置し、シートの中心面に原子核による正電荷を分布させ、スクリーニングの効果を取り入れ一様電場がある範囲だけ存在するとする。電場・磁場の両効果を取り込んだ一電子の波動関数は超幾何関数で表すことができ、これらの関数の各領域における接続条件とエネルギー固有値の条件によって決まる新たな束縛状態を発見した。この新たなランダウモードはチューブ長を固定するとある電流値以上で生じること、チューブ長と閾値電流の関係は電流の1/2乗の逆数にほぼ比例すること等がわかった。本研究の内容は早稲田大学で行われたシンポジウムで報告し、また成果を学術雑誌に投稿準備中である。課題遂行途上で更に詳細な研究動向調査を行った結果、バリスティック伝導は、電流・電圧特性を直接観測した実験結果からは、光学フォノンによる散乱が大きいため、数十nmの短いチューブに対する限定的な現象である、と解釈する多くの報告があった。よって今年度途中からはバリスティック伝導は限定的であるとの認識に立ち研究の観点を変更した。現在は、我々が得たランダウモードが、閾値電圧を超えるとチューブが破壊される現象-breakdown-や、MWCNTやSWCNTバンドルでのチューブ殻が細ってゆく現象-thinning-、に対して与える影響に着目している。
HIV感染成立に必要なCD4以外の分子クローニング

HIV感染に必要なCD4以外の分子の存在を明確にするため、expression cloningによりこの分子をコードする遺伝子のクローニングを行うことを試みた。HIV感染が成立した細胞を選択する方法としてはHIVのLTRの下流にlacZ遺伝子を連結したマーカー遺伝子を用い、感染成立によりβ-galを発色した細胞を識別する方法と、ネオマイシン耐性遺伝子を組み込んだりリコンビナントHIVウイルスを感染させることにより感染成立した細胞をG418存在下で培養して選択する方法の二通りを行った。また発現クローニングにはcDNAライブラリーの他にヒトゲノム高分子DNAによる遺伝子導入法も試みた。その結果、ヒトCD4分子を強くしかも安定に発現し、かつβ-gal活性の増強をpSVtatのトランスフェクトにより誘導できる細胞株(COST4LacZ#17)を樹立した。同様のシステムをHeLaT4細胞でも確立し(HeLaT4LacZ#19)、この細胞ではT細胞株指向性HIV-1(HIV-1_<SF13>)の感染によりX-galの青い染色が感染後48時間という短時間で観察された。またマクロファージ指向性HIV-1(HIV-1_<SF162>)を用いた場合は、このシステムによる感染の成立が全く確認されないことより、マクロファージ指向性HIV-1の感染に必要な分子はヒトHaLa細胞においても欠如していることが示唆された。cDNAライブラリーは、50のサブプールに分けて作製し、COST4LacZ#17にHIV感染性を導入できるプールの選択を試みている。またヒトCD4を発現させたマウスL細胞(TK欠損株)に、ヘルペスTK遺伝子とともにヒトゲノムDNAをトランスフェクトした後、HAT培地での選択で生き残ったコロニーにネオマイシン耐性遺伝子を有する組換えレトロウイルス(日医大、島田教授との共同研究)を感染させた。計5,000個ほどのコロニーを組換えレトロウイルスに感染させたが、G418耐性を安定に獲得したクローンを得ることはできなかった。一方で、HIVキャリアの病態や遺伝子治療を考える上で重要と考えられるCD4遺伝子自体の発現調節機構および造血幹細胞におけるCD4の発現、キラーT細胞の機能分子であるCD8の機能、造血幹細胞を標的とした体細胞遺伝子治療についても基礎的な検討を行った。
H. pylori除菌後胃癌の網羅的遺伝子解析による胃癌危険因子の特定

網羅的遺伝子解析によるH. pylori除菌後胃癌危険因子の解明を行った。除菌後胃癌103例117病変(男性94例)中、次世代シーケンサーによって除菌前後別また分化度別に20例の遺伝子解析を行った。この結果、癌遺伝子APC, CSF1R, FGFR3, FLT3, KDR, PDGFRA, RET, STK11, TP53において80%以上に変異を認めた。分化型胃癌は有意にhotspot変異が少数であり、PDGFRAのhotspot変異は除菌後高分化群のみ全く認めなかった。これより除菌後胃癌は異なった特徴を有し、特に除菌後高分化型胃癌は遺伝子変異の相違から発癌機序が異なることが考えられた。【目的】H. pylori(HP)除菌による胃癌抑制効果が世界的コンセンサスを得ようとしている。しかし胃癌が完全に抑制されることはなく、除菌後胃癌への対策が急務と考えられる。今回次世代シーケンサーを用いたHP除菌後胃癌およびHP除菌不成功でHP陽性胃癌の網羅的遺伝子解析を行い、除菌後胃癌発症に関わる癌遺伝子特定と除菌後胃癌危険因子の解析を目的とした。【検体と方法】大分大学医学部附属病院で内視鏡的切除を受けた除菌後胃癌5例(平均年齢65.0歳、男性4名女性1名)、HP陽性胃癌5例(平均年齢72.8歳、男性4名女性1名)を対象とした。パラフィンブロックよりDNAを抽出し、各症例において次世代シーケンサーIon torentを用い、パネルとしてIon AmpliSeq Cancer Panel (Life technologies)を用いて50種類の癌関連遺伝子のDNA変異解析を行った。【結果】解析50遺伝子中HP陽性胃癌23,除菌後胃癌に16の変異を認めた。HP陽性胃癌のみに変異がみられた遺伝子は9個、除菌後胃癌のみは2個みられたがいずれも1例のみであった。STK11, TP53, FGFR3, PDGFRA, KDR, APC, CSF1R, FLT3はほぼ全ての例に変異が見られ特にTP53では最も多い変異を認めた。Hotspotの変異はHP陽性胃癌は10遺伝子17か所、除菌後胃癌は1か所のみであった。TP53は除菌後胃癌5例中10か所とHP陽性胃癌より多数のhotspot変異を認めた。PDGFRAはHP陽性胃癌5例すべてにhotspot変異を認めたが除菌後胃癌では認めなかった。【結論】TP53をはじめ複数の癌関連遺伝子変異を認め、hotspotの変異はやや除菌後胃癌に少ない傾向にあったが、TP53では多数の変異がみられた。より多数例の解析により除菌後胃癌の標的遺伝子の追求となる可能性が示唆された。今後はより多数の症例集積、また遺伝子変異の集中しているTP53において慢性胃炎組織での除菌後変化をみることにより除菌後胃癌抑制のターゲットを絞る可能性を検討していく。【目的】次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子解析によりH. pylori(HP)除菌後胃癌発症に関わる癌遺伝子の特定と除菌後胃癌危険因子解析を行った。【方法】1988-2015年に大分大学医学部および関連施設にて発見された除菌後胃癌68症例77病変(除菌時平均年齢63.8 ±9.3)、およびHP陽性胃癌151例を対象とした。性と年齢を一致させた各群10例を対象とした。次世代シーケンスはIon Proton&#8482;シーケンサー、Cancer Hotspot Panel v2 (ライフテクノロジーズ社)にて解析を行った。昨年より追加された症例の免疫組織化学を用いた臨床病理学的特徴解析を行った。【結論】除菌後胃癌群ではHP陽性胃癌と異なる臨床病理学的特徴が認められた。次世代シーケンス解析ではPDGFRA chr4 exon18のhotspot変異、またhotspot変異数に除菌後胃癌とHP陽性胃癌に差がみられ両群間の発癌におけるgeneticな相違が考慮された。除菌後胃癌症例の集積も順調に進んでおり、集積されたH. pylori除菌後胃癌症例数は68症例77病変と研究当初より約20症例も増加している。臨床病理学的特徴解析の結果として、粘液形質の差異から除菌後胃癌においてMUC5AC, MUC6発現の増加による胃型形質の増加、腸上皮化生発現に関連するCDX2発現の低下による腸上皮化生化の阻害などが認められた。遺伝子解析にて特に変異が集中している部分が見つかっており、これらを中心とした変異の解析を追加症例で行う予定にしており、現在追加の症例を用いた遺伝子解析の準備、また免疫組織化学的解析も進んでいる。除菌後胃癌ではサイズが小さく、遺伝子解析のための十分な量の組織、DNA抽出が難しい症例も有り、症例増がはかどらない可能性もある。更に除菌後胃癌症例の集積に努めるとともに、少ない遺伝子で解析可能な重要遺伝子解析を先に進めることも考慮していく。【目的】次世代シーケンサー解析を用いた網羅的遺伝子解析によりH. pylori除菌後胃癌発症に関わる癌遺伝子の特定と除菌後胃癌危険因子の解析を行った。【方法】

集積した除菌後胃癌は71例81病変となった。平成27年度まで高分化型の除菌後胃癌、H. pylori陽性胃癌各5例によりDNAを抽出。次世代シーケンサーによる網羅的遺伝子解析を行った。平成28年度には低分化型胃癌の次世代シーケンサー解析を行った。【結果】次世代シーケンス解析では、50遺伝子中21遺伝子に変異を認めた。集積した除菌後胃癌症例中、進行癌症例、また低分化型胃癌症例も少なからず認められ、これらの解析を行う必要が考慮された。除菌後癌の深達度でSM以深は17例認められた。深達度M群およびSM以深群の比較では、除菌後経過観察の有無、腫瘍径、発生部位、形態、組織型に有意差を認め、除菌後における進行胃癌は早期胃癌と異なる発生の機序を有す可能性が示唆された。除菌後胃癌およびH. pylori陽性胃癌の進行低分化型胃癌の各5症例からDNAを抽出し、次世代シーケンサー解析を進めている。シーケンスデータを平成29年度前半に得る予定であり、この結果は除菌後胃癌高分化型、低分化型の発生機序の相違を明らかにし、除菌後胃癌高リスク因子の抽出、除菌後胃癌早期発見、予防に寄与すると考えられる。集積できた除菌後胃癌は71例81病変となり、当初目標よりも多く、また更に集積が可能である。はじめの高分化型胃癌のDNA抽出から次世代シーケンサー解析は、順調に新調した。次世代シーケンス解析では、50遺伝子中21遺伝子に変異を認め、特にPDGFRA chr4 exon18のhotspot変異はH. pylori陽性群全例にみられたが、除菌後胃癌は1例も認めず、また解析遺伝子中Hotspot変異はH. pylori陽性胃癌において多い傾向がみられ両群間の発癌におけるgeneticな相違が考慮された。このように除菌後胃癌特有の遺伝子異常が確認されている。しかし、除菌後胃癌において深達度SM以深に進行したものが17例も認められた。低分化型腺癌はこのうち11例認められ、漿膜側へ露出が見られた症例も存在した。腫瘍死を起こさないことが一番の目標で有り、これら低分化型胃癌の解析を28年度に行った。臨床病理学的特性の解析は、順調に進み、除菌後進行癌では、除菌後経過観察の有無、腫瘍径、発生部位、形態、組織型に有意差を認めた。また免疫組織化学結果では、胃型形質の増加が認められ、腸型形質の抑制が考慮された。しかし、次世代シーケンサー解析の対象とする低分化型除菌後胃癌の集積がかなり時間を要し、これが進捗状況の遅れの一因となった。また、症例集積後、DNAを抽出し、解析に取りかかったが、パラフィン包埋ブロックから抽出したDNAの断片化が思ったよりも進行した症例が見られた。DNA抽出から再度やり直し、品質評価を繰り返したため、これも研究進捗の遅れとなっている。現在は、いずれも次世代シーケンサー解析可能なDNA収量が確保され、現在解析を行っている。【目的】次世代シーケンサーを用いた網羅的遺伝子解析により特にH. pylori(HP)陽性胃癌と除菌後胃癌の分化度別にわけた癌遺伝子変異を比較した解析を行った。【検体と方法】大分大学医学部附属病院および関連施設での除菌後発見胃癌は103症例117病変となった。
水チェレンコフ型検出器を用いた電子ニュートリノ識別の研究

2009年実験開始予定のJparc-SKニュートリノ振動実験(T2K実験)の電子ニュートリノ出現探索における電子ニュートリノ識別手法をこれまでよりもさらに精度良く、また不定性が少なくなるように改良を行った。大量にモンテカルロ事象を生成して改良した手法による実験の到達予定の感度の評価を行った。また、K2K実験の1キロトン水チェレンコフ検出器のデータ及びモンテカルロ事象に対してこの手法を適用し、十分データとモンテカルロが一致することを示した。K2K実験はニュートリノビームの照射が終了し、リアルタイムでK2Kニュートリノビームによる事象を収集した。また、長期間にわたるビーム照射期間中にわたってSKのデータの品質を確保するため、ハードウェアのメンテナンス、水の透明度、光電子増倍管の増幅率、時間特性のモニタと較正を継続的に行った。このデータを用いて電子ニュートリノ事象探索ができるよう解析の流れを作成した。大強度ビームを使用するT2K実験のために最適化された上記手法ではK2K実験は統計が少なすぎるため、K2K実験の統計量に合わせて電子ニュートリノ探索手法を最適化し、K2K実験の全サンプルを用いて電子ニュートリノ出現探索を行った。この結果は一部解析の改良の後、論文として公表する予定である。JHF-SKニュートリノ振動実験で用いる予定の電子ニュートリノ事象探索手法を、K2K実験の1キロトン水チェレンコフ検出器に適用できるようプログラムの整備を行い、モンテカルロ事象にこの解析手法を適用し、SKと相似形である1キロトン検出器においてもSKの場合とほぼ同じ効率でバックグラウンド事象を排除することが出来る事を確かめた。また、電子ニュートリノ事象探索手法について、さらに効率よく、また不定性が少なく電子ニュートリノ事象を選別することが出来るよう解析手法を吟味し、バックグラウンド事象の主成分である中性カレント反応のぱπ^0粒子生成によるバックグラウンドを選択的に排除することを目指す手法を吟味し、これまで以上に効率よくバックグラウンド除去を行うことの出来る可能性があることが明らかになった。加えて、SKにおいて電子ニュートリノ出現探索の解析が出来るよう、2002年12月にニュートリノビーム照射が再開したK2K実験のSKでのニュートリノ事象をリアルタイムに収集した。さらに、SKは再建により光電子増倍管の配置が変更されたため、解析のためのプログラム群の変更と最適化、水の透明度、光電子増倍管のゲイン等全てのキャリブレーション用のパラメータの再取得を行い、ニュートリノ事象の解析が行えるよう整備した。来年度はこのデータを用いて電子ニュートリノ出現の探索を行う。K2K実験の統計量は有限な混合角θ13の検出には不十分であるがJHF-SKニュートリノ実験で同じ解析を進められることの非常によいデモンストレーションになると考えられる。
眼球運動と脳波計測を用いたアスリートの視覚認知能力の評価法の開発

本研究では、視覚刺激によって誘発される眼球運動と事象関連電位(脳波)計測を組み合わせ、視標の動きやその変化を視覚的に認知する能力を定量化することによって、アスリートにおける視覚認知能力の新たな評価法を開発し、運動パフォーマンスとの関連性を明らかにする。そのため、異なる眼球運動の組み合わせと脳活動に関する基礎的な研究、およびアスリートにおける競技特性との関連性について検討する。これらの研究結果を踏まえ、視覚認知能力の意義や生理学的な根拠について総合的な検討を行い、これまで客観的な評価が困難であったアスリートの視覚認知能力を定量化するための測定法の研究開発につなげる。
赤痢アメーバ病原株特異抗原(p30)の遺伝子組換えによる調製とその応用

1.これまでに報告したp30をコードする遺伝子5'末端が不完全だったので、完全長cDNAのクローニングを試みた。5'末端が45塩基長い2つのクローンが得られ、メチオニンから始まる読み取り枠が認められた。別のcDNAは5'末端は不完全であったが、3'側で2塩基の欠失によるフレームシフト変異が存在した。このほか、cDNA間にはプリン間2カ所、ピリミジン間4カ所の変異とトランスバ-ジョン変異が1カ所認められ、プリン間の変異はArg→Lys、Asn→Aspの違いに相当していた。2.モノクローナル抗体を用いて虫体からp30を精製した。非還元状態ではp30はオリゴマーとして存在することが明らかになった。精製したp30のアミノ酸組成分析から、クローニングされたcDNAは完全なコード領域を含んでいると思われ、塩基配列から予想されるp30の分子量は26,253、等電点は7.44であった。3.p30のアメーバ症患者血清との反応性をウェスタンイムノブロット法で検討した。アメーバ性肝膿瘍の患者血清とは反応したが、腸アメーバ症患者血清との反応性は低かった。λgt11により大腸菌で発現させた融合蛋白質を用いたブロット法でも同様の結果が観察され、組換えp30がアメーバ性肝膿瘍の診断に応用できる可能性が示された。そこでpTrcHisを用いた発現を試みたが、十分量の蛋白質は得られなかった。4.p30の局在を免疫電顕法によって検討したところ、核と細胞質に存在しており、細胞表面には存在しないことが確認された。p30のアミノ酸配列は、マウスの赤白血病細胞や骨芽細胞などで増殖に関連して発現される蛋白質と相同性が高く、p30も同様の機能を持つ蛋白質であると考えられた。これまでに得られているp30をコードするcDNAは5′末端が不完全であったので、まず完全長のcDNAのクローニングを試みた。その結果、5′末端が45塩基長い2つのcDNAクローンが得られた。2つのcDNAの塩基配列には数塩基の違いが認められた。また、3′末端側に数塩基の欠落があり、その結果停止コドンの位置が3′側にずれているものが見つかるなど、p30に関してコードするアミノ酸がわずかに異なる複数の遺伝子の存在が明らかになった。また、一方でモノクローナル抗体を用いたアフィニティーカラムを作製し、虫体からp30を精製した。非還元状態では、p30の大部分はオリゴマーとして存在していることが明らかになった。精製したp30に関しては、エドマン分解によってN末端アミノ酸残基の配列決定を試みたが、N末端がブロックされていると考えられた。そこで、アセチル基およびホルミル基のデブロッキング処理を行ったが効果がなく、それ以外の保護基が存在するものと思われる。精製したp30についてアミノ酸分析を行ったところ、cDNAより予想されたアミノ酸組成に近いものであった。さらに、このp30をELISA抗原としてアメーバ症患者血清中の抗体検出を試みたところ、高い特異性と感度が得られ、p30を診断用抗原として利用することの有用性が示された。1.これまでに報告したp30をコードする遺伝子は5'末端が不完全だったので、完全長cDNAのクローニングを試みた。

このほか、cDNA間にはプリン間2カ所、ピリミジン間4カ所の変異とトランスバ-ジョン変異が1カ所認められ、プリン間の変異はArg→Lys、Asn→Aspの違いに相当していた。2.モノクローナル抗体を用いて虫体からp30を精製した。非還元状態ではp30はオリゴマーとして存在することが明らかになった。精製したp30のアミノ酸組成分析から、クローニングされたcDNAは完全なコード領域を含んでいると思われ、塩基配列から予想されるp30の分子量は26,253、等電点は7.44であった。3.p30のアメーバ症患者血清との反応性をウェスタンイムノブロット法で検討した。アメーバ性肝膿瘍の患者血清とは反応したが、腸アメーバ症患者血清との反応性は低かった。λgt11により大腸菌で発現させた融合蛋白質を用いたブロット法でも同様の結果が観察され、組換えp30がアメーバ性肝膿瘍の診断に応用できる可能性が示された。そこでpTrcHisを用いた発現を試みたが、十分量の蛋白質は得られなかった。4.p30の局在を免疫電顕法によって検討したところ、核と細胞質に存在しており、細胞表面には存在しないことが確認された。p30のアミノ酸配列は、マウスの赤白血病細胞や骨芽細胞などで増殖に関連して発現される蛋白質と相同性が高く、p30も同様の機能を持つ蛋白質であると考えられた。
疎水性高分子膜内へのタンパク質の配向分散と膜の生体膜モデルとしての利用

1.ゼラチン(GEL)やフィブロイン(FIB)のようなタンパク質とポリエチレンテレフタレ-ト(PET)を両者の共通溶媒に溶解し、これをキャスト液として、作製した装置内で静電場を印加しながら、複合膜を調製した。2.得られた複合膜、GEL/PET(2/8)について顕微鏡観察、膜電位測定、熱分析(DSC)、含水膜の内部水構造解析、有効固定電荷密度等を調べた結果、電場印加により膜内でGEL部が膜面に垂直な方向に引き伸ばされて膜を貫通するように配向分散することが明らかにされた。そして、この構造が生体膜と酷似していることを示した。3.GEL/PET(2/8)膜についてグルコ-スとフェノ-ルの水溶液からの透過を行なったところ、高いpHセンシティビティ-が観察され、また両溶質の透過係数は全く逆のpH依存性を示すことを見出だした。4.GEL/PET、SER/PET、FIB/PET複合膜に銅イオンをド-プし、これらの膜を介して、チオグリク-ル酸・メチレンブル-の共役酸化還元反応を行なったところ、これらの反応が効率よく駆動することを明らかにし、この機構について説明した。5.タンパク質モデルとしてポリーγーベンジルーLーグルタメ-ト(PBG)を用い、これとポリスチレン(PS)をベンゼンに溶解し、電場下でのキャスト法により、前者成分膜面に垂直方向に配向分散した複合膜を得た。6.GEL/PET(2/8)、PBG/PS(2/8)膜について電解質の水溶液からの透過速度を測定した結果、前者の膜では透過係数は全てのpH範囲にわたって、スト-クス半径の順で変化したが、後者の膜ではこの順にならず、この結果をPBG部が膜内でαーヘリックス構造をとることで説明した。7.SER/PET(2/8)複合膜の両面にそれぞれアルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ(ADH)とジアフォラ-ゼ(DP)を固定化し、NAD^+/NADHを共通補酵素とする共役酸化還元反応を駆動させたところ、固定化により酵素活性は著しく低下したが、II槽における反応は2倍近く大きくなり、I槽で生成した電子が効率よく膜内に伝達できることを示した。8.以上の総括として、電場印加法により調製したタンパク質/疎水性高分子複合膜が生体類似機能膜として極めて有効な膜であると結論した。1.自作した直流・交流併用型電場印加装置をインキュベ-タ内に組み立て、これを用いてキャスト法によりタンパク質/ポリエチレンテレフタレ-ト(PET)複合膜を調製した。タンパク質成分としてゼラチン、絹フィブロイン、セリシン(凍結乾燥法で調製)を選び、キャスト用共通溶媒にはヘキサフロロ-2プロパノ-ル(HFIP)を用いた。電場無印加下でも同様な複合膜を作成した。

2.得られたタンパク質/PET複合膜の内部を電子顕微鏡、光学顕微鏡で観察したところ、電場無印加下で調製した膜ではタンパク部(島構造)がランダムに分散されていたのに対し、電場下で調製した膜では島となるタンパク部は膜面に垂直方向に引き伸ばされて分布していることが解った。示差走査熱量計による熱分析からはタンパクが加わることにより、また電場下で得た膜の方がPET部の非晶性が増すこと、膜電位測定結果からは見かけ上、埋め込まれたタンパク質の等電点がpH34の間に現われること等が明らかとなった。3.グルコ-スとフェノ-ルについて得られた膜の透過係数PのpH依存性をpH2から6の間で調べたところ、グルコ-スではpHの低下にともなってP値は上昇し、逆にフェノ-ルでは低下した。この現象をタンパク部のpHによるコンフォメ-ション変化、複合膜に対する溶質の分配係数pH依存性で説明した。さらに、複合膜にCu^<2+>イオンをド-プし、この膜を介してチオグリコ-ル酸/メチレンブル-の酸化還元反応を駆動させ、膜の電子伝達機能を実証した。1.ゼラチン(GEL)/ポリエチレンテレフタレ-ト(PET)(2/8)複合膜を前年度に引き続き調整しこれを用いてKCl、NaCl、LiClおよびCaCl_2の水溶液からの透過係数を種々のpHで測定した。その結果、いずれのpHにおいても透係係数はStokes半径の小さい順に大きくなることを見出だし、選択透過性の可能性が示された。また、いずれの場合も膜の等電点で最も大きく、その両脇では透過係数は低下した。2.ポリーγーボンジルーLーグルタメ-ト(PBG)とポリスチレン(PS)からなる複合膜を電場下で調整し、PBGの一部をアルカリけん化してポリーγーグルタメ-ト(PGA)とした後、これをメチレンブル-で染色し、顕微鏡観察したところ、PBGーPGA部が膜面に垂直方向に配向しているのが観察された。この膜について1)と同様な電解質透過を行なったところ、1)とは著しく異なった透過係数のpH依存性および序列を得た。このポリペプチドが膜内でもαーヘリックス構造をとっていることに基づいてこの序列を説明した。3.電場下で調整したタンパク質複合膜の両面にそれぞれ別々の面にアルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ(ADH)とDiaphorase(DP)を固定化し、NAD^+/NADHを共通補酵素とする1組の共役酸化還元反応の駆動を試みた。すなわち、ADH側(I槽)には基質としてエタノ-ルを、DP側(II槽)の基質としてはジクロロインドフェノ-ル(DIP)を用い、II槽に生成するDIPロイコ体を追跡したところ、ADHを固定化しない場合に比べ、活性は著しく低下したが、DIP_<leuco>の生成速度は2倍近く上昇した。そして、これが膜面での電子交換速度がスム-ズに行なわれるためであることを立証した。
特異な太陽ダイナモ活動に伴う太陽圏全体構造の変動の解明

異常に弱い活動度を示すサイクル24における太陽風の全球的分布とその時間発展を明らかにするため、改良された名古屋大学ISEEの多地点IPSシステムを用いて連続観測を行った。その結果、本サイクルにおいて速度が350km/s以下(超低速)で密度が高速風のように低い太陽風の出現が顕著に増えていること、開いた磁場領域の面積や磁束管拡大率と速度の関係には低い太陽活動の影響は見られないこと、などが判った。これらの事実は太陽活動の著しい低下に伴ってコロナからの質量供給率またはエネルギー注入率が減少していること示唆し、超低速風の領域でその効果が特に顕著であることは太陽風加速機構を探る重要な手掛かりを与える。本研究課題では、近代的な宇宙観測が始まって以来最も低い太陽活動サイクル24において太陽風がどの様なグローバルな分布をしているかを、名大STE研の惑星間空間シンチレーション(IPS)観測から正確に決定し、特異な太陽ダイナモ活動に対する太陽圏の応答を明らかにしようとしている。IPS観測において精度よく太陽風の分布を決定するには観測に使用する電波望遠鏡の感度を向上させる必要がある。そこで、研究計画の初年度(平成25年度)には、富士・木曽の電波望遠鏡に新型の低雑音受信機FE327-V5を組み込み、その効率を最適化するため位相・利得校正システムおよび受信機温度測定システムを開発した。これらの開発は、平成24年度補正予算による観測システム更新と連携して実施している。また、富士・木曽の電波望遠鏡の更新作業が開始される前に豊川の電波望遠鏡を含めた3地点で同時にIPS観測を実施して、サイクル24極大期における太陽風速度の分布を求めた。極大期には太陽風の南北非対称性が卓越することが知られており、このデータからは今サイクル極大期と過去の極大期の違いが明らかにできる。取得したデータからは北極に高速風が出現する一方、南極には低速風が存在していることが判った。さらに、平成25年11月23-24日には海外の研究者を招いて国際研究集会(Nagoya IPS Workshop 2013)を開催し、最新の研究結果や今後の共同研究について議論している。前年度はIPS観測の精度を向上させるため新型の低雑音増幅器や位相・利得校正システム、受信機温度測定システムを開発し、富士・木曽の電波望遠鏡への組み込みを行った。但し、木曽の電波望遠鏡への組み込み作業は当該年度に繰り越して実施している。また、平成26年2月の豪雪により富士・木曽の電波望遠鏡は甚大な被害を受けたため、当該年度47月にその復旧および調整作業を行っている。同電波望遠鏡が運転可能になった8月からは豊川の電波望遠鏡を含めた3地点同時IPS観測を実施し、太陽風データを取得した。この観測は、積雪のため11月末で終了した。当該年度の観測からは、富士・木曽の電波望遠鏡の感度が大幅に改善し、良好な太陽風データが効率よく取得可能になったことが確かめられた。また、取得した太陽風データからは太陽風が顕著な南北非対称性をもつ分布をしていることが示された。過去にさかのぼって太陽風の南北非対称性を解析した結果、極大期に南北非対称性が発達することや、現サイクルにおける顕著な南北非対称性は従来と異なる点があること等が判った。太陽風データを太陽磁場データと比較したところ、磁場4重極子成分が双極子成分に対して大きくなると南北非対称性が顕著になる傾向があることをつきとめた。本研究課題は、近代的な宇宙空間の観測が始まって以来最も低い太陽活動サイクル24において、太陽から噴き出す太陽風がどのような分布をしているかを名古屋大学の惑星間空間シンチレーション(IPS)観測から正確に決定し、太陽ダイナモ活動が異常に低下した時期における太陽圏の応答を明らかにすることを目指している。太陽風の測定精度を向上させるため、研究期間の初年度にIPS観測システムの更新を行った。システム更新の直後に豪雪による被害が発生したが、速やかに復旧させて良好な太陽風データの取得に成功している。今年度も昨年同様にIPS観測システムは積雪による被害を受け、修理を行った後に太陽風データを取得した。また、データ解析のための計算機システムを整備した。得られたデータからは、太陽活動が極大期から下降期に入ったことに対応して南極に高速風が発達したこと、しかし過去のサイクルとは異なって極域高速風の南北非対称性が継続していること等が判明した。また、前サイクルから最近までのデータを解析したところ、低速かつ密度揺らぎが低い太陽風の面積が徐々に増大していることことも判明した。即ち、太陽活動が弱まると特に低速な太陽風で顕著な密度低下が起きることを物語っている。また、コロナホールの面積とそこから流失する太陽風の平均速度の関係を調査したところ、特異な太陽活動においてもその関係には大きな変化は見られないことが判った。このことは太陽風加速機構を考える上で重要な示唆を与えるとともに、宇宙天気予報への応用の観点から有用である。積雪による被害を受けたが、迅速に復旧作業を行って太陽風データを取得することができた。今年度の被害は主に前年度の豪雪が原因になったものと推定され、次年度以降はこのような被害がでる可能性は少ないと考えられる。

計算機システムも整備され、データ解析がスムーズに行えるようなった。これまでの解析から、サイクル24と過去のサイクルとの違いや長期の傾向が見られる一方、変化がない点も明らかになってきた。長期の傾向を定量的に評価することは、太陽圏全体構造の時間発展を議論する上で重要となる。本研究課題では、近代的な宇宙空間の観測が始まって以来最も低い太陽活動サイクル24において、太陽から吹き出す太陽風がどのような分布をしいて、それが如何に発展するかについて名古屋大学の惑星間空間シンチレーション(IPS)観測から明らかにし、太陽ダイナモ活動が異常に低下した時の太陽圏の応答について知見を得ることを目指している。今年度は昨年同様IPS観測を連続的に実施し、太陽風速度および密度揺らぎの全球的分布を決定した。今年の観測結果は昨年までとは異なり、南北極域に高速風が出現し、極小期に近い分布を示した。但し、太陽風分布は過去の極小期と比べ複雑であり、これは今サイクルの特徴と考えられる。我々は太陽風速度Vとコロナホール面積Aの関係をIPSデータとポテンシャル磁場モデルを使って解析した。その結果、AとVの間には良好な正の相関関係があることがわかったが、その傾きは先行研究とは大きく異なっていた。また、極大期を除いてAとVの相関は良好であり、傾きにも有意な長期変動は見られなかった。さらに、我々はAの1/2乗とVの間にAとVより高い相関が見られることを発見した。このことは太陽風加速機構に関して重要な示唆を与ると共に、宇宙天気予報の精度向上につながる成果である。また我々はIPSデータのMHD IPS Tomography解析結果を飛翔体観測結果に最適化することで、太陽風速度と密度、温度に関する関係式を決定した。ここで得られた結果は前述したAとVの関係と同様に太陽風加速機構について重要な示唆を与える。さらに我々は、コロナホール分布の長期変動についても研究を行い、コロナホール分布が黒点の蝶形図と同様のパターンを示すことをつきとめた。この成果に基づいて太陽黒点観測からコロナホール分布を推定することが可能となり、先述した成果と合わせて宇宙天気予報の精度向上をもたらすものである。今年度は、次の極小期に向けた太陽風構造の変化を明瞭に捉えることができた。また、コロナホール面積と太陽風速度の関係、コロナホール分布と太陽黒点分布の類似性、MHD IPS tomography解析による密度・温度モデルの最適化などの研究成果が出版できた。さらに今年度12月のUCSD IPS Workshopで知り合った研究者にIPS観測データを提供し、その結果が論文として出版された。この他に早急に論文としてまとめたい研究成果が得られている。以上のことから、本研究課題の進捗状況は計画を上回ると判断される。本研究では、近代的な宇宙空間の観測が始まって以来最も低い太陽活動であるサイクル24において、太陽から吹き出す太陽風がどのような空間分布をしていて、それが時間とともに如何に変化するか、という点を惑星間空間シンチレーション(IPS)観測から明らかにして、太陽ダイナモ活動が異常に低下した時における太陽圏の応答に関する知見を得ることを目指している。
頂点作用素代数のモジュラー不変性とその表現論への応用に関する研究

本研究では,頂点作用素代数の既約表現のみたすモジュラー微分方程式と,頂点作用素代数の関係について考察を進めることで以下の成果を得た.(1)アフィン頂点作用素代数の既約指標の空間が5次元以下2次元以上の場合には,常にあるモジュラー微分方程式の解空間となることを示した.(2)モジュラー微分方程式を用いてヴィラソロ頂点作用素代数を特徴づけた.(3)3階のモジュラー微分方程式の解析により存在が予想されていた頂点作用素代数が存在しないことを証明した.頂点作用素代数の自己同型による捩じれがある場合に付随する共形ブロックの空間を記述することが本研究の目的である。とくに、近年数学と物理の両面から注目されている表現の圏が半単純でない場合をスーパー代数の場合も込めて取扱い、半単純な場合に知られている諸性質を一般化することを目的とする。本年度はスーパー代数でないもので種数が1の場合、つまり楕円曲線に付随する共形ブロックについて考察した。捩じれがない場合にはZhu代数と呼ばれる結合代数上の対称な線形関数が重要な役割を果たす。この事実を参考に、捩じれがある場合にあらわれる線形関数について研究した。自己同型による結合代数上の次数に着目することにより、期待される性質をもつ線形関数を定式化することができた。さらに、最終目的に必要と思われる諸性質を証明した。また、共形ブロックの空間を幾何学的に定式化するべく考察を進めた。結果として、定式化に用いられる関数の性質をリーマン面のガロア理論の観点から整理し、その諸性質の証明を簡略化することに成功した。本年度は上記の研究に加えて、スーパー代数も含む形で種数が0の射影直線上の共形ブロックについて考察した。これは頂点作用素代数の言葉では加群の交絡作用素に対応する。結果として頂点作用素(超)代数のいくつかのテンソル積の表現の交絡作用素ともともとの頂点作用素(超)代数の表現の交絡作用素の関係を確立した。この成果を含む内容を仙台および台湾の国際研究集会で講演した。本年度は、有限次元単純リー代数に付随するアフィンリー代数から構成されるレベルが正整数のアフィン頂点作用素代数(このとき、頂点作用素代数としての指標はモジュラー群の作用で不変となる)の指標のみたすモジュラー形式を係数にもつ微分方程式(モジュラー微分方程式)について研究した。一般にモジュラーな微分方程式の階数と指標の解空間の次元が一致するとは限らない。本年度は微分方程式の階数と指標の空間の次元が一致する場合がいつであるかを多数の例に関して計算し、アフィン頂点作用素代数の既約表現の指標の空間が5次元以下であれば、次元と階数が一致することを証明したということである。これは当初の計画とは少しはずれたところにある研究ではあるが,このような結果によりモジュラー形式などの整数論への応用が期待できる。この結果は台湾で開催された国際研究集会(3月)において発表した。さらにプレプリントとしてまとめ、現在投稿中である。また、これらの微分方程式を具体的に決定し解くことにより、いくつかのアフィン頂点作用素代数の表現の指標を具体的に書き下した。こちらは現在論文を準備中である。研究計画に記載した研究内容に関しては、頂点作用素超代数のテンソル積のフュージョン積に関する研究を行い、もとの頂点作用素代数のフュージョン積とテンソル積のフュージョン積の関係についての結果を得た。こちらは現在論文を作成中であり、27年度中に発表予定である。27年度は,頂点作用素代数であって,既約表現の指標の張る空間がある種の微分方程式(モジュラー微分方程式とよばれる)の解空間と一致するようなものの分類を,微分方程式の階数が低い場合に行った.ただし微分方程式に関する十分な情報を得るために,頂点作用素代数としては最も基本的であるヴィラソロ極小模型の満たす性質(低い斉次空間の次元)を仮定して分類を行った.結果として,階数が4の場合には現れる頂点作用素代数は二種類のヴィラソロ極小模型と,二種類の極小模型の拡大であることがわかった.また,これを証明する過程でヴィラソロ極小模型の既約表現一つによる単純カレント拡大の既約表現の指標の張る空間はあるモジュラー微分方程式の解空間と一致することを証明した.また,このような場合に現れる微分方程式は,極小模型の中心電荷(でいくつかの条件を満たすもの)を持つような頂点作用素代数を特徴付けることも証明した.この結果は,プレプリントとしてまとめ,現在投稿中である.階数が3階の場合には対応する頂点作用素代数が存在するかどうか分からない微分方程式が現れ,さらにムーンシャイン加群に対応する微分方程式が現れたため,対応する頂点作用素代数の分類までにはいたらなかったが,頂点作用素代数の中心電荷の候補をすべてリストアップし,さらに対応する微分方程式の解をすべて与えた.こちらもプレプリントとしてまとめ現在投稿中である.また,上記の結果について国内外の研究集会で講演を行った.

頂点作用素代数のモジュラー不変性の応用先として,モジュラー微分方程式を用いた頂点作用素代数の分類という優先すべき課題が見つかり,この研究を主に行ったため.平成28年度は,頂点作用素代数の既約表現の指標がある種の微分方程式(モジュラー微分方程式とよばれる)の解空間と一致するという性質を用いて,最も基本的な頂点作用素代数であるヴィラソロ頂点作用素代数を特徴付けるという研究を行った.本年度に得られた結果としては,微分方程式の階数が2,3,4の場合に頂点作用素代数自身の指標の初めの幾つかを仮定することによって,特定の中心電荷を持つヴィラソロ頂点作用素代数の特徴づけを得た.また,頂点作用素代数の指標が3階のモジュラー微分方程式の解となり,ウエイト1の空間が自明となるような頂点作用素代数の中心電荷および指標の候補が,それぞれ高次カシミール元および共形デザインという観点から得られていたが,その内の二つの中心電荷に対しては対応する頂点作用素代数が知られていなかった.今年度はこれらの中心電荷に対応するモジュラー微分方程式の解をヴィラソロ頂点作用素代数の既約表現の指標を用いて具体的に表示して,解のモジュラー変換を記述した.この結果を用いて,もし良い頂点作用素代数が存在すると仮定した場合に,その表現のなすテンソル圏の不変量(大域次元とよばれるものである)を2つの異なる観点で計算した結果,これらが食い違うこと,すなわち,考えている中心電荷をもつような良い頂点作用素代数が存在しないことを証明した.この結果により,指標が3階のモジュラー微分方程式を満足し,ウエイト1の空間が自明となるような良い頂点作用素代数の中心電荷の分類を完成させた.本研究では,頂点作用素代数の既約表現のみたすモジュラー微分方程式と,頂点作用素代数の関係について考察を進めることで以下の成果を得た.(1)アフィン頂点作用素代数の既約指標の空間が5次元以下2次元以上の場合には,常にあるモジュラー微分方程式の解空間となることを示した.(2)モジュラー微分方程式を用いてヴィラソロ頂点作用素代数を特徴づけた.(3)3階のモジュラー微分方程式の解析により存在が予想されていた頂点作用素代数が存在しないことを証明した.頂点作用素代数の表現の指標がモジュラーな微分方程式の解の一部になるということは、指標のモジュラー不変性の証明における重要なポイントである。本年度の研究は当初の計画に非常に密接な関係のある内容ではあるが、大きな進展が得られた。また、この研究を通して研究計画に関する多くの新しい知見が得られ、次年度以降の研究に資するところ大であった。また、頂点作用素超代数のフュージョンに関する知見もいくつか得られたので、自己評価としてはやや遅れているとしたい。28年度は,今年度までに得られた知見をもとに研究計画どおり,頂点作用素超代数の捩れ加群上の擬跡関数およびフュージョン積の研究を完成させる.頂点作用素代数平成27年度の前半部分では、今年度行った研究を継続し、より一般の頂点作用素代数の指標とモジュラー微分方程式の関係を考察する。特に1)アフィン頂点作用素代数の場合に指標の空間の次元とモジュラー微分方程式の階数が一致する場合は有限個かどうか?および2)微分方程式の階数と頂点作用素代数の構造の関係に関する研究をおこなう。後半ではこれらの知見を生かして、当初の予定通り、指標のモジュラー不変性に関する研究を完成させることを目的とする活動を行う。当初の予定では本年度は種数1の場合のみ考察する予定であったが、次年度以降に行う予定であった種数0の場合に関する研究も同時に行ったため、当初目標としていたモジュラー不変性の証明まで到達しなかった。しかし、全体を通してみれば順調である。次年度使用額が生じた理由は,第一にほかに優先すべき課題がみつかり,研究計画を若干修正した影響で27年度は新しい研究図書を必要としなかったことが挙げられる.
外場制御透明ペロブスカイトナノ粒子/ポリマーハイブリッドの合成と評価

ペロブスカイト化合物としてチタン酸バリウムを選択し、合成の出発原料として、複合金属-有機化合物前駆体を分子設計し、合成した。不飽和配位子を結合させたチタン酸バリウム前駆体を合成した。この前駆体の金属-有機結合を制御された条件で加水分解し、ナノ粒子を含む生成物を得た。この生成物を粉末X線回折計で分析したところ、加水分解条件に応じた結晶性ナノ粒子が生成していることが明らかとなった。結晶相はチタン酸バリウムであった。透過型電子顕微鏡観察により、10nm程度の結晶性粒子が生成していることを確認した。前駆体にメチルメタクリレートを添加し、その加水分解・重合を検討により、チタン酸バリウムナノ粒子を含有するポリマーを得ることができた。生成物から透明な薄膜を合成することができた。チタン酸バリウムの粒径が減少するにつれて、吸収端は短波長側にシフトすることが明らかとなり、量子サイズ効果を確認した。同様の手法を用いることにより、10nm程度の結晶性チタン酸ストロンウムナノ粒子/ポリマーハイブリッドを合成することができた。ハイブリッド分散サスペンジョンに直流電場を印加したところ、その流動曲線において降伏応力が観察された。降伏応力は電場強度、ハイブリッドの濃度などに依存していた。電場のon-offに対する応力の応答は良好であった。ハイブリッドの電気粘性挙動を明らかにすることができた。前駆体にメタクリレート誘導体を添加し、ステンレス基板上にスピンコートにより前駆体膜を調製した。バリウムやストロンチウム塩を溶解した水溶液中で、対極にステンレス基板を用いて、電場を印加したところ、40度、45分で結晶性ペロブスカイトナノ粒子がポリマーマトリックスに生成することが明らかとなった。ペロブスカイト粒子の結晶子サイズは反応条件に依存していた。本法により、透明なペロブスカイトナノ粒子/ポリマーハイブリッド膜を調製することができた。不飽和配位子を結合させたチタン酸バリウム前駆体を合成し、赤外、NMRスペクトルにより解析を行い、所望の前駆体が合成できていることを確認した。前駆体にメチルメタクリレートを添加し、加水分解を行い、封管重合を行った。重合条件を検討することにより、チタン酸バリウムナノ粒子を含有するポリマーを得ることができた。メチルメタクリレートの重合は、赤外吸収スペクトルにより、2重結合が消失していることで確認した。このチタン酸バリウム粒子の結晶性は、メチルメタクリレートが共存しない場合と同程度であった。生成物をガラス基板上にスピンコートすることにより、透明な薄膜を合成することができた。薄膜の吸収端を紫外・可視スペクトロメータにより測定したところ、チタン酸バリウムの粒径が減少するにつれて、吸収端は短波長側にシフトすることが明らかとなり、量子サイズ効果を確認した。薄膜の屈折率を測定したところ、チタン酸バリウム粒子の結晶性が向上すると屈折率も増加した。

以上のように、分子設計した前駆体を用いて、透明なチタン酸バリウムナノ粒子/ポリマーハイブリツドを100°C以下の低温で合成することができた。ペロブスカイト化合物としてチタン酸ストロンウムを選択し、合成の出発原料として、複合金属-有機化合物前駆体を分子設計し、合成した。不飽和配位子を結合させたチタン酸ストロンチウム前駆体を合成し、赤外、NMRスペクトルにより解析を行い、所望の前駆体が合成できていることを確認した。この前駆体の金属-有機結合を制御された条件で加水分解し、ナノ粒子を含む生成物を得た。この生成物を粉末X線回折計で分析したところ、加水分解条件に応じた結晶性ナノ粒子が生成していることが明らかとなった。結晶相はチタン酸ストロンチウムであった。透過型電子顕微鏡観察により、10nm程度の結晶性粒子が生成していることを確認した。生成物をシリコンオイル中に分散しサスペンジョンを得た。ハイブリッド分散サスペンジョンに直流電場を印加し、その際の粘性挙動を粘性評価装置により評価した。電場印加により流動曲線において降伏応力が観察された。降伏応力は電場強度、ハイブリッドの濃度などに依存していた。電場のon-offに対する応力の応答は良好であった。ハイブリッドの電気粘性挙動を明らかにすることができた。前駆体にメタクリレート誘導体を添加し、ステンレス基板上にスピンコートにより前駆体膜を調製した。バリウムやストロンチウム塩を溶解した水溶液中で、対極にステンレス基板を用いて、電場を印加したところ、40度、45分で結晶性ペロブスカイトナノ粒子がポリマーマトリックスに生成することが明らかとなった。ペロブスカイト粒子の結晶子サイズは反応条件に依存していた。本法により、遥明なペロブスカイトナノ粒子/ポリマーハイブリッド膜を調製することができた。