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宇宙の暗黒エネルギーとインフレーションの研究

近年,宇宙の暗黒エネルギー問題に関連して,宇宙が加速膨張しているという観測事実を,宇宙は大局的にみて空間的一様等方である,という宇宙原理に反して我々が非常に宇宙の中心にいるとして,宇宙の非一様性によって説明するモデルが注目を集めている。そこで今年度は,この問題に関して,より詳しい解析を以下の4つの側面から試みている。1.球対称非一様宇宙モデルはルメートル・トールマン・ボンディ(LTB)解と呼ばれるが,この解は真空のエネルギーを含まない解である。そこで,LTB解の一般化として,真空のエネルギーをもつΛLTB解を解析的に構成した。2.加速膨張の目安は,観測的にはいわゆる減速パラメターで表わされる。そこで,これを一般的LTB解に関して,赤方偏移のべき級数に展開して,見かけ上加速膨張が観測される条件を解析的に明らかにした。3.上の問題に関して,LTB解上の光の動径方向の測地線方程式を解く必要がある。しかし,これまではこの方程式の具体形は数値的にしか与えられていなかった。そこで,座標を適当に取り直すことによって,この測地線方程式の解析的表現を導いた。4.1で構成したALTB解を基に,その低赤方偏移での距離-赤方偏移関係や減速パラメターの表式を解析的にべき級数で求め,その結果と観測データとを比較して,暗黒エネルギーの量を変化させたときに我々の銀河の近傍にどの程度に大きな非一様性があり得るのか,を定量的に調べている。平成19年度は,主に以下の2つのテーマに関して研究を進めた。1.観測的宇宙論におけるダークエネルギー問題2.インフレーション宇宙における粒子生成の効果以下に上のそれぞれの項目の具体的内容を述べる。1.現在の宇宙の加速膨張は,通常は,ダークエネルギーと呼ばれる未知のエネルギーによって引き起こされていると考えられている。しかし,それを宇宙の大きな非一様性の重力的反作用によって引き起こされている可能性が指摘されている。宇宙の非一様性は観測的には遠方の銀河の赤方偏移分布に影響を及ぼす。そこで,非一様宇宙において観測される赤方偏移がどうなるかを物質の非一様分布や光の伝播における非一様性の影響を考慮して解析し,非一様性を検出するある物理量を提案した。今後,この物理量による非一様性の検証をSDSSのデータを使って行うことを予定している。2.インフレーション中にスカラー場のポテンシャルが大きく変動すると,その一様な空間成分に大きな変動が引き起こされるだけでなく,背景場の変動による粒子生成が激しく起こる。そして,これは,単純なインフレーションモデルによる曲率揺らぎの公式に大きな変更を与える。この問題をきちんと解くには,超ハッブルスケールでの揺らぎの進化をきちんと追う必要があるが,これまで,粒子生成の効果を考慮した正確な計算はなされていなかった。そこで,きちんとした計算方法を定式化した。現在,それを用いて,特徴的な例における具体的計算を実行中である。平成20年度は主に2つの課題に取り組んだ。一つは、インフレーション宇宙において、インフレーションを起こす場(インフラトン場)と他の場との相互作用によって急激な粒子生成が起こった場合の曲率揺らぎのスペクトルの導出であり、もう一つは、宇宙論的パラメーター、特に暗黒エネルギーの量を観測的に推定する際の、宇宙の物質分布の非一様性の影響の定量評価である。最初の問題に関しては、粒子生成の曲率揺らぎへの影響が、インフラトン場のポテンシャルに急激な変化が存在する場合の影響と非常によく似ていることを明らかにした。すなわち、インフラトン場のスローロールする(ゆっくり転がる)条件がポテンシャルに存在するコブ(あるいは穴)によって瞬間的に破れる場合とほぼ同様の影響があることが分かった。後者の場合には、モデルに特徴的な非ガウス性が曲率揺らぎに現れることが知られており、この結果に基づいて、現在粒子生成モデルにおける曲率揺らぎの非ガウス性の評価を行っており、また、それに基づくこのモデルの観測的検証可能性を追求している。2番目の問題に関しては、現在、宇宙定数を含むルメートル・トールマン・ボンディ解を使って、非線形な非一様性の宇宙論的パラメーター、特に宇宙の加速膨脹を担う状態方程式のパラメーターの観測的評価への影響を解析中である。なお、この課題に取り組んでいる最中に、宇宙定数を含むルメートル・トールマン・ボンディ解の解析解の新しい導出方法を発見した。

そこで,座標を適当に取り直すことによって,この測地線方程式の解析的表現を導いた。4.1で構成したALTB解を基に,その低赤方偏移での距離-赤方偏移関係や減速パラメターの表式を解析的にべき級数で求め,その結果と観測データとを比較して,暗黒エネルギーの量を変化させたときに我々の銀河の近傍にどの程度に大きな非一様性があり得るのか,を定量的に調べている。
教育勅語趣旨徹底論の系譜に関する研究

単年度施行のため、とくに史料の確認と収集を中心に研究を行った。その概要を示せば、以下のとおりである。1,日露戦争後の教育勅語趣旨徹底論と戌申詔書との関係について地方改良運動、及び戌申詔書の趣旨徹底に関する史料を、主に群馬県公文書館、宮城県庁より収集した。また、教育勅語趣旨徹底論については、帝国議会議事録、及び教育関係雑誌等により収集分析した。2,昭和前期の国民教化策と教育勅語発布40周年について1923年に発布された「国民精神作興ニ関スル詔書」との関連で、国民教化策の史料を、富山県立図書館、宮崎県立図書館等で収集した。とくに、「国民精神作興ニ関スル詔書」が1930年代後半からの国民精神総動員の理念的支柱であることを明らかにし、これを学内の紀要に発表した。3,「青少年学徒ニ賜リタル勅語」の発布と教育勅語発布50周年について国立国会図書館憲政資料室所蔵の「荒木貞夫文書」の調査により、「青少年学徒ニ賜リタル勅語」の草案類を発見した。これにより、この勅語が、「第二の教育勅語」として意識されたものであることを明らかにした。さらに、国民学校の修身教科書の分析により、戦時下における教育勅語解釈の変容過程も明らかにした。
リボソームタンパク質による細胞がん化制御機構の包括的解明

高発がん性リボソーム病関連タンパク質を対象として、それらの発現抑制がヒト細胞のがん化にどのような影響を与えるかを網羅的に解析し、さらに、がん抑制活性が認められたものについては、その分子機構の解明を目指している。これまでにsiRNAによる発現抑制細胞を用いた軟寒天コロニー形成試験を行った結果、がん抑制メカニズムが既知であるRibosomal Protein L5(RPL5)およびRPL11(共にMDM2抑制を介したp53活性化)に加えて、RPS7, RPS17, RPS19を新規がん抑制因子として同定した。昨年度は、当初の計画通り、shRNAによるRPL11安定発現抑制細胞の樹立を行った。さらに、私の系においてがん抑制活性が初めて示されたRPS19の安定発現抑制細胞も同時に樹立した。そして、これらの細胞を用いて軟寒天コロニー形成試験を行ったところ、siRNAの系の結果と一致して、どちらの安定発現抑制細胞でもtransformationが観察された。これは、RPL11およびRPS19がヒト細胞のがん化の抑制に関わるタンパク質であることを示唆する重要な結果である。一方、新たにがん抑制活性が確認されたRPS7, RPS17,RPS19のがん抑制メカニズムは全く不明である。昨年度、これらの因子を対象としてp53経路を介してがん抑制を行っている可能性を検討した。しかし、3つ全ての因子に関してp53以外の経路を介してがんを抑制している可能性が疑われた。そして、質量分析法によって当該因子結合タンパク質の解析を行ったところ、それぞれの因子に特異的な結合因子候補がいくつか同定された。昨年度は当初の計画通り安定発現抑制細胞の樹立および同細胞によるがん抑制活性の解析を行うことができた。また、RPS7, RPS17, RPS19によるがん抑制メカニズムの解明にも着手し、当該因子がp53以外の経路を介してがん抑制的に働いている可能性を見出した。そして、更なるメカニズム解明のために、質量分析法を用いて当該因子に結合するタンパク質候補をいくつか同定することができた。安定発現細胞の樹立の際、shRNAと共発現させる16E7、活性化KRasの導入に手間取ってしまったことや同時平行して進めていたCRISPR-Cas9法によるヘテロノックアウト細胞の樹立ができなかったことで、多少時間をロスしてしまったが、上記したように全体的にはおおむね順調に研究は進展していると考えている。大型コロニー形成が観察された安定発現抑制細胞に関しては、ヌードマウスでの腫瘍形成実験を行う予定である。マウスでの腫瘍形成実験は、当該因子によるがん抑制活性を評価する最終段階の重要な実験である。そのため、本年度はこの実験に重点をおいて研究を行なっていく予定である。また、RPL11とRPS19に加えて、RPS7およびRPS17の安定発現抑制細胞の樹立も取り組み、私が現時点でsiRNAの系によってがん抑制活性を明らかにした全ての因子に関して、shRNAによる安定発現抑制細胞でもその活性を調査する予定である。また、解析対象を更に拡大し、未だ解析していない高発がん性リボソーム病関連遺伝子を対象としたsiRNAによる発現抑制細胞を用いた軟寒天コロニー形成試験を行う。一方、RPS7、RPS17およびRPS19によるがん抑制メカニズムの解明も共同研究者と共に進める。本年度は、同定した結合因子候補と当該リボソームタンパク質によるがん抑制メカニズムの解明を進める。具体的には、細胞に当該因子を過剰発現させ、免疫沈降実験を行い、イムノブロットを用いて細胞内での結合を調べる。その後、結合が確認された因子に関しては、がん抑制メカニズムのさらに詳細な解析を行っていく。

そして、更なるメカニズム解明のために、質量分析法を用いて当該因子に結合するタンパク質候補をいくつか同定することができた。安定発現細胞の樹立の際、shRNAと共発現させる16E7、活性化KRasの導入に手間取ってしまったことや同時平行して進めていたCRISPR-Cas9法によるヘテロノックアウト細胞の樹立ができなかったことで、多少時間をロスしてしまったが、上記したように全体的にはおおむね順調に研究は進展していると考えている。大型コロニー形成が観察された安定発現抑制細胞に関しては、ヌードマウスでの腫瘍形成実験を行う予定である。マウスでの腫瘍形成実験は、当該因子によるがん抑制活性を評価する最終段階の重要な実験である。そのため、本年度はこの実験に重点をおいて研究を行なっていく予定である。また、RPL11とRPS19に加えて、RPS7およびRPS17の安定発現抑制細胞の樹立も取り組み、私が現時点でsiRNAの系によってがん抑制活性を明らかにした全ての因子に関して、shRNAによる安定発現抑制細胞でもその活性を調査する予定である。また、解析対象を更に拡大し、未だ解析していない高発がん性リボソーム病関連遺伝子を対象としたsiRNAによる発現抑制細胞を用いた軟寒天コロニー形成試験を行う。一方、RPS7、RPS17およびRPS19によるがん抑制メカニズムの解明も共同研究者と共に進める。本年度は、同定した結合因子候補と当該リボソームタンパク質によるがん抑制メカニズムの解明を進める。具体的には、細胞に当該因子を過剰発現させ、免疫沈降実験を行い、イムノブロットを用いて細胞内での結合を調べる。その後、結合が確認された因子に関しては、がん抑制メカニズムのさらに詳細な解析を行っていく。
B型肝炎ウイルスX蛋白質と結合する肝細胞内プロテアーゼの機能変化と発癌機序の解析

B型肝炎ウイルスによる肝癌発症の引き金となるX蛋白質は、Kunitz型プロテアーゼインヒビターの活性中心構造と類似した構造がその一次構造に見出せることから、何らかの肝細胞内プロテアーゼがX蛋白質と総合作用することが考えられた。以上の考察を発端として我々はこれまでに肝細胞内の細胞質分画にあるプロテアーゼ群から、X蛋白質に結合性を示すプロテアーゼとしてtryptase TL_2 (TL_2)を見出してきた。X蛋白質の中でKunitz型プロテアーゼインヒビターの活性中心構造と類似した部位のアミノ酸偏位体や,欠失体では、TL_2との結合性や、X蛋白質としてのトランス活性化能が失われることが判明している。本年度の研究で、TL_2がこれまで報告してきたようなプロテアーゼ作用の他に、ATPase作用を持つ多機能蛋白質であることが判明した。なおこのTL_2のATPase作用は、蛋白質の投与により活性化された。最近の研究からX蛋白質は、細胞質から核に移向することが知られており、TL_2のATPase作用が分子シャペロンとしてX蛋白の核内移向に関与する可能性が考えられた。一方TL_2のプロテアーゼ作用が、AMPやGMPで活性化され、ADPやGDPで抑制されることが判明している。これらのことからTL_2のプロテアーゼ作用とATPase作用の解析によるX蛋白のトランス活性化機構と解析している。
非一様電場と分子振動の相互作用に基づいた光学応答理論

ナノ物質近傍に局在する近接場光と分子振動の相互作用を記述・数値計算するための手法開発を行った。近接場光は急峻な強度勾配や光源となる物質の形状に準ずる複雑な電気力線分布を有する非一様な空間構造を持つため、従来の双極子近似では記述できない。そこで多重極ハミルトニアンに基づいて任意の空間構造を持つ電場を考慮した分子振動励起の定式化を行い、電子状態計算の結果を利用して赤外吸収スペクトルを計算するプログラムを作成し、単体分子あるいは表面吸着分子への適用を行い、近接場光電場の強度勾配や電気力線分布の効果を明らかにした。物質近傍に局在する近接場光を利用したナノ光学では双極子近似を超えた理論が必要となる局面が出てくる.例えば基板表面に局在するエバネッセント場を利用した全反射減衰法では原子の四極子応答が報告されており、金属短針表面のプラズモン電場を利用した局所分光では局在電場の強度勾配に由来する双極子禁制励起も考慮する必要がある.局所的な振動分光は例えば分子膜の局所構造や単分子構造を評価する手法として非常に有用であるが、その解析には局在光の非一様電場と分子振動の相互作用を適切に理解するための新たな理論手法の開発が必要である.25年度では物質表面近傍に局在する非一様な電場と分子振動の相互作用を多重極ハミルトニアンに基づいて定式化し、電子状態計算で求めた電子密度を利用して振動スペクトルを計算するコードを作成し、双極子電場の近接場成分と相互作用する有機分子の系において一様電場による振動スペクトルとは異なるスペクトルを得た.スペクトルの違いは近接場光の急峻な強度勾配によるものと結論づけた.これにより、実際の近接場光を利用した振動分光の数値シミュレーションが可能になり、実際の実験との直接的な比較も可能となると考えられる.振動分光法は分子構造に関する情報を得る強力な手法であり、赤外吸収およびラマン散乱分光法が古くから利用されてきた。近年はナノ物質科学の進展に伴い様々なナノ構造体を作成できるようになり、ナノ構造表面近傍に誘起される電場を利用した新たな分光実験手法の開発が盛んに行われている。これらの物質表面近傍の電場は近接場光と呼ばれ、例えばその一種と考えられるエバネッセント場を利用した減衰全反射分光法や、金属探針などの近傍に誘起される近接場光を積極的に利用した局所的な振動分光法が進展してきている。一方で、これらに対応する理論が立ち後れており、その理由として近接場光と分子の相互作用は広く用いられている双極子近似では記述できないことがあげられる。そこで、25年度では多重極ハミルトニアンに基づいた定式化とその計算プログラムを作成し、アニリン分子への適用を行い、近接場光による振動スペクトルを計算した。多重極ハミルトニアンにおいて物質の分極は定義式を代入することで無限次までの多重極の効果を取り込むことができ、任意の空間分布を持つ電場と分子振動の相互作用を記述することができる。これを用いて振動子強度を計算することで近接場光を用いた赤外吸収分光法への適用を可能にした。例えば表面反射赤外吸収分光など表面化学で広く用いられる分光法の解析手法としても用いることができる。26年度は昨年度に開発した計算プログラムおよびその周辺プログラムも合わせて整備を行うことで、より汎用性を持たせた。これを利用してアニリン分子以外の直線分子や、金属表面に吸着した分子のモデル系に対して近接場光による振動分光の計算を行い、近接場光の強度勾配の効果、及び不均一な電気力線の効果を示した。また、表面吸着分子の振動分光のために、小さな金属クラスターに吸着した有機分子の振動分光の研究を実験と共同で行った。分子物理学定式化とその確認に時間がかかり、数値計算コードの作成に着手するのが遅れた.25年度の実施計画のうち近接場光による振動励起とその解析は達成できたが、イメージングへの応用計算が未達成であるため、光源の位置を変えて空間分解能を調べる計算を急いで進めている.

一方で、表面の効果を取り込むために26年度に着手する予定だったバンド計算プログラムの利用に25年度から着手したためこの点に関してはやや計画を先取りすることができた.近接場光による分子振動イメージングのために光源の位置を走査した計算を行い、現在得られている成果と併せてまとめると共に、26年度の実施計画にあるように表面上の分子を考え、基板表面の効果を取り込んだより現実的な系において近接場光による分子振動励起の計算を行い、解析を通して近接場光の非一様な電場の役割を明らかにする.情報収集に応用物理学会に行く予定だったが折り合いが合わなかったことに加えて、数値計算と解析が間にあわず25年度末に予定していた学会での成果報告に行かなかったため.数値計算の結果を解析・まとめるために分子振動や電子密度の可視化が必要になるが、それには多くのメモリと処理能力が要求されるため、繰越額の250,000円はより処理能力の高い端末PCに更新する費用に充てることにする.
異常アミノ酸含有海洋産天然物をシーズとするSARSウイルス増殖阻害剤の開発

本研究では、現在でも有効な治療法やワクチンがまったく開発されていない重症急性呼吸器症候群SARSの治療薬創製を目的とした。このため、日本で単離・構造決定された海洋産天然物Tokaramide AおよびMiraziridine AをシーズとするSARSウイルスプロテアーゼの阻害剤開発を行った。まず、SARS CoV増殖に必須となるmain proteaseをターゲットとして選び、その調製と酵素活性評価系の立を行った。この際プロテアーゼの安定性を向上させるための変異を導入し、自己消化抵抗性フロテアーゼの調製に成功した。ついで、最適基質を用いた酵素活性評価系にさまざまな濃度の阻害剤を共存させ基質ペプチドの切断反応をモニターすることにより、IC_<50>値を用いる阻害活性評価が効率よく行えることをはじめて明らかにした。ついで、miraziridine Aおよびtokaramide Aの合成を固相担体上で行うための経路を検討した。まず、C末端ペプチドアルデヒドの効率的合成経路の立を行った。さらに、固相合成ルートに必要となる樹脂担体について検討し、固相合成への応用に最も適したアルデヒド基を持った誘導体の調製に成功した。ついで、各種アミノ酸配列を持った異常アミノ酸含有ペプチド誘導体を固相合成することにより、C末端アルデヒド構造を持った鎖長や配列の異なる誘導体類の合成を行った。この際、反応性の高い官能基をひとつあるいは複数含む各種誘導体を組織的に合成した。最後に、SARS CoVプロテアーゼが属するチオールプロテアーゼに対するこれら誘導体類の阻害活性を評価した。その結果、miraziridine Aの持つビニル基、アジリジン基、ヒドロキシエチル基などの官能基のうち、アジリジン基が最もプロテアーゼ阻害活性に寄与することをはじめて明らかにした。本研究は、現在でも有効な治療法やワクチンがまったく開発されていない重症急性呼吸器症候群SARSの治療薬創製を目的とする。このため、日本で単離・構造決定された海洋産天然物Tokaramide AおよびMiraziridine AをシーズとするSARSウイルスプロテアーゼの阻害剤開発を行う。本研究では、SARS CoV増殖に必須となるプロテアーゼのうちmain proteaseをターゲットとして選ぶ。本プロテアーゼは、ウイルス再構成に最も重要な前駆体蛋白質のプロセシング機能を担うと予想されている。まず、SARS CoVプロテアーゼの調製と酵素活性評価系の確立を行った。SARS CoVの全ゲノム配列を含むcDNAは、東京医科歯科大学大学院・感染応答学講座の山本直樹教授より供与していただいた。このcDNAをもとに、His Tagおよびマルトース結合蛋白(MBP)配列を含むSARS CoVプロテアーゼ融合蛋白質の発現用プラスミドを調製し、大腸菌を用いる遺伝子組み換え法により融合蛋白質を得た。ついで、エンテロキナーゼによる切断により成熟型プロテアーゼに導いたが、この際プロテアーゼの安定性を向上させるための変異を導入した。得られたSARS CoVプロテアーゼとさまざまな基質ペプチドを用い、酵素活性評価系を確立した。まず、SARS CoV増殖に必須となるmain proteaseをターゲットとして選び、前年度に見出した自己消化抵抗性プロテアーゼを用いる阻害活性評価系を検討した。その結果、最適基質を用いた酵素活性評価系にさまざまな濃度の阻害剤を共存させ基質ペプチドの切断反応をモニターすることにより、IC_<50>値を用いる阻害活性評価が効率よく行えることをはじめて明らかにした。ついで、前年度で確立したmiraziridine AおよびtokaramideAの合成を固相担体上で行うための経路を検討した。

まず、C末端ペプチドアルデヒドの調製に適した固相合成ルートと必要となる樹脂担体について検討した。その結果、固相合成への応用に最も適したアルデヒド基を持った誘導体の調製に成功した。ついで、各種アミノ酸配列を持った異常アミノ酸含有ペプチド誘導体を固相合成することにより、C末端アルデヒド構造を持った鎖長や配列の異なる誘導体類の合成を行った。この際、反応性の高い官能基をひとつあるいは複数含む各種誘導体を組織的に合成した。最後に、上記で確立した阻害活性評価系を用い、これら誘導体類のSARS CoVプロテアーゼ阻害活性を評価した。その結果、miraziridine Aの持つビニル基、アジリジン基、ヒドロキシエチル基などの官能基のうち、アジリジン基が最もプロテアーゼ阻害活性に寄与することをはじめて明らかにした。
ガングリオシド欠損によるグリア細胞活性化機構の解明

細胞膜上に発現している酸性糖脂質、ガングリオシドは神経系に高発現し、神経の発生や維持に寄与している。本研究では、神経組織を構成する細胞の一つであるグリア細胞(神経細胞を保護、維持する細胞)にもガングリオシドが発現することを明らかにした。また、ガングリオシドが欠損したマウスのグリア細胞は脳内で異常な活性上昇を示し、ガングリオシド欠損グリア細胞で炎症因子であるサイトカインに対する感受性が亢進していることを明らかにした。ガングリオシド欠損グリア細胞の性状解析のため、以下の検討を行った。野生型(WT)及び、ガングリオシド欠損マウス(GD3合成酵素ノックアウト(KO)マウス、GM2/GD2合成酵素KOマウス、両者のDKOマウス)初代培養アストロサイトのガングリオシドproflieを明らかにするため、各ガングリオシド抗体を用いてFACSを行った結果、WTアストロサイトにはニューロンと同様に主にGM1, GD1a, GD1b, GT1bが高発現し、これらのガングリオシドは合成酵素を欠損させることにより消失した。欠損マウスではこれらのガングリオシドが欠失する事によりアストロサイトの性状に異常が引き起こされることが示唆された。初代培養アストロサイトを用いて、GD3合成酵素KO、GM2/GD2合成酵素KO由来のアストロサイトの平常状態における増殖能を検討した結果、WTマウスと比べ大きな違いが見られなかった。また、WTとGD3合成酵素KO、GM2/GD2合成酵素KOアストロサイト、ミクログリアの炎症性・抑制性サイトカイン(TNFα, IL-1α, IL-1β,IL-6, IL-10)の発現レベルをreal time RT-PCRにて比較検討した結果、IL-6の発現レベルが、WTに比べGD3合成酵素KOアストロサイトで亢進していた。また、WT及びGM2/GD2合成酵素KOアストロサイトを炎症性サイトカイン(IL-6)で刺激した結果、WTに比べ、GM2/GD2合成酵素KOアストロサイトでは炎症性サイトカインの発現が顕著に亢進した。さらに、GM2/GD2合成酵素KOアストロサイトでは抗炎症因子SOCS3の発現低下が認められた。また、GM2/GD2合成酵素KOミクログリアではこのような変化は認められなかった。これはガングリオシドがアストロサイトにおける炎症性サイトカインへの反応を制御していることを示唆している。ガングリオシド欠損に伴うグリア細胞の異常活性化とグリア細胞の分別的役割を検討するために以下の検討を行った。まず、ガングリオシド欠損に起因するアストロサイトとミクログリアの活性化の機序を解明するため、WT, DKOマウスの脳組織切片を用いて、細胞膜構造の変化に基づく異常活性・増殖の検討を行った。アストログリアでのGFAP発現、ミクログリアのサブタイプであるM1、M2の選別的抗体染色の条件検討から開始した。GFAPによるアストロサイトの検出は順調に実施された。ミクログリア全体の検出はIba1で明瞭に可能であり、DKOにおいて明らかに強く染色された。一方、M1のマーカーであるiNOS抗体では染色が順調に進まず、抗体の再購入を余儀なくされた。M2マーカーであるアルギナーゼ1抗体での染色は、脳組織全体が軽度に染色され、再検討中である。さらにガングリオシド欠損により活性化したグリア細胞がいかに炎症・神経変性を惹起するかを解明するため、WTマウス由来のニューロンに対するWT, DKO初代培養グリアの作用を検討すべく、ニューロンの初代培養技術を、宮崎大学医学部の高宮考悟研究室に赴いて習得した。現在、KOマウス脳を用いて検討を開始した。ガングリオシド欠損によってアストロサイトがどのような機序で活性化するのかを検討するため主にマウス初代培養グリアを用いて下記の実験を行った。マウス新生仔脳からアストロサイトを単離し、初代培養細胞を樹立した。持続震盪法により、アストログリアとミクログリアを分離することに成功した。次に、初代培養アストロサイトの活性化を検討するため、炎症性サイトカイン(TNFα, IL-1β, IL-1α, IL-6, IFNγ)の産生をreal time RTーPCRおよびELISAによって検討し、DKOにおいて出生時に既に発現上昇の傾向が見られることが明らかになった。これまで、グリア細胞の初代培養法を、名古屋大学環境医学研究所の錫村博士に教わり、新生児脳を用いて試行錯誤を重ねてきたことから、比較的順調に培養法が確立可能であった。また、脳神経系組織における炎症性サイトカインの遺伝子発現やELISAによる測定についても一定に習熟していたため、比較的順調に測定が可能であった。一方、マウス初代培養細胞を用いた、サイトカインの感受性がガングリオシド欠損によって亢進するかの検討に関しては、LPSなどの刺激に対する反応を見るなどの予備実験で再現性がとれず、まだ軌道に乗っていないのが現状である。IL10Rの発現、IL10の分泌に関しては、これからの課題になっている。

今後、上記の、ミクログリアのサブタイプの抗体による分別的染色方法の確立をいち早く進める。あわせて、ニューロンとグリアの共培養によるニューロンへのグリア細胞の影響の観察とその制御法の検討を協力に進める。さらに脳血液関門の形態学的ならびに機能的な測定、移植実験による神経変性の責任細胞の解析を同時に進める予定である。上記のいくつかの計画に沿って、必要な消耗品の購入に大部分をあてる。また、必要な、研究打合わせ、学会発表のための費用としても使用したい。
強誘電性高分子超薄膜の機能設計と作成プロセスの研究

本研究は配向した強誘電性高分子薄膜中に生じる非対称性の,強い分極電場によって,この膜中に組み込まれた光機能性分子に光で生成した電子または正孔の分離を促進させ,光電変換効率の高い膜を構築することを目的とする.これを実現するために,本年度は強誘電性高分子としてフッ化ビニリデンと三フッカ化エチレンの共重合体, P(VDF-TrFE),光機能性分子として,ポリビニルカルバゾールとトリニトロフルオレノン電荷移動錯体PVK-TNFを選び次の三つの方向で研究を行ない以下の結果を得た.[1]P(VDF-TrFE)の超薄膜をその希薄溶液を水上展開する(LB膜)法によって作成し,その物性を調べた.厚さ20-100Aの強誘電相であるβ型分子鎖の均一な膜が得られた.但し,まだ0.1μmφの空孔が処々にある.ステアリン酸などLB膜形成可能な分子でこの空孔は充填できることが分かった.この膜は水面との相互作用のために双極子が配向した分極をもつことが期待される. [II]PVK-TNF薄膜に低温(77°K)で光照射してできる電子,正孔の構造をESRで調べた.そのスペクトルからイオンラジカルPVK〓とTNF〓であることがわかった.この電子正孔対は低温で0.12eVのトラップに捕束されている.温度を上げると解離した電子,正孔が電流として観測されることが分かった.電子-正孔対の発生は赤色光(2eV以下)でもできる.溶液(ガラス状固体)中でも電子・正孔は発生するが,効率は小さい. [III]薄膜P(VDF-TrFE)中にビニルカルバゾル(VK)とTNFを固溶体とした複合膜を作成し,その強誘電性と光電変換特性を調べた. 5%のVK-TNFの導入によってもP(VDF-TrFE)膜は強誘電性を保っている.また分極した膜は,光照射に対して光電導と光起電力を発生させることが明らかになった.この光起電力は,膜の分極電場が, VK-TNFに発生した電子,正孔を駆動して生じたものと考えられる.本研究は配向した強誘電性高分子薄膜中に生じる非対称性の,強い分極電場によって,この膜中に組み込まれた光機能性分子に光で生成した電子または正孔の分離を促進させ,光電変換効率の高い膜を構築することを目的とする.これを実現するために,本年度は強誘電性高分子としてフッ化ビニリデンと三フッカ化エチレンの共重合体, P(VDF-TrFE),光機能性分子として,ポリビニルカルバゾールとトリニトロフルオレノン電荷移動錯体PVK-TNFを選び次の三つの方向で研究を行ない以下の結果を得た.[1]P(VDF-TrFE)の超薄膜をその希薄溶液を水上展開する(LB膜)法によって作成し,その物性を調べた.厚さ20-100Aの強誘電相であるβ型分子鎖の均一な膜が得られた.但し,まだ0.1μmφの空孔が処々にある.ステアリン酸などLB膜形成可能な分子でこの空孔は充填できることが分かった.この膜は水面との相互作用のために双極子が配向した分極をもつことが期待される. [II]PVK-TNF薄膜に低温(77°K)で光照射してできる電子,正孔の構造をESRで調べた.そのスペクトルからイオンラジカルPVK〓とTNF〓であることがわかった.この電子正孔対は低温で0.12eVのトラップに捕束されている.温度を上げると解離した電子,正孔が電流として観測されることが分かった.電子-正孔対の発生は赤色光(2eV以下)でもできる.溶液(ガラス状固体)中でも電子・正孔は発生するが,効率は小さい. [III]薄膜P(VDF-TrFE)中にビニルカルバゾル(VK)とTNFを固溶体とした複合膜を作成し,その強誘電性と光電変換特性を調べた. 5%のVK-TNFの導入によってもP(VDF-TrFE)膜は強誘電性を保っている.また分極した膜は,光照射に対して光電導と光起電力を発生させることが明らかになった.この光起電力は,膜の分極電場が, VK-TNFに発生した電子,正孔を駆動して生じたものと考えられる.
相対論的非一様宇宙に関する理論的な研究

非一様宇宙の様々な性質を明らかにする為に,以下の3つのテーマについて研究を行った.(1)ブラックホールを構成要素とする宇宙モデルの宇宙空間の膨張速度が一様等方宇宙と類似の法則に従うことを示した.宇宙空間の膨張速度が一様等方宇宙と類似の法則に従うことを示した.(2)円筒対称な無限に長い非一様性の解析により,宇宙検閲官仮説の反例につながりうる結果を得た.(3)宇宙の地平サイズと同程度の球対称な巨大ボイド(低密度領域)を持つ宇宙モデルの解析により,ダークエネルギー問題に関して非一様性の解析が重要であることを示した.非一様宇宙の様々な性質を明らかにする為に,以下の3つのテーマについて研究を行った.(1)ブラックホールを構成要素とする宇宙モデルの宇宙空間の膨張速度が一様等方宇宙と類似の法則に従うことを示した.宇宙空間の膨張速度が一様等方宇宙と類似の法則に従うことを示した.(2)円筒対称な無限に長い非一様性の解析により,宇宙検閲官仮説の反例につながりうる結果を得た.(3)宇宙の地平サイズと同程度の球対称な巨大ボイド(低密度領域)を持つ宇宙モデルの解析により,ダークエネルギー問題に関して非一様性の解析が重要であることを示した.「非一様宇宙の大域的な進化と非一様性の関係」を明らかにするための研究計画のひとつとして、ブラックホール宇宙の理論的な解析を予定している。この計画をすすめる為に、近年、数値相対論の分野でブラックホールの数値解析のために採用されることの多いpuncture法を採用し、境界条件の研究を行った。この成果はまだ発表されていないが、副次的な成果として得られた「高次元時空におけるpuncture法と座標条件の関係」を発表した(論文2)。また、非一様な宇宙の特殊な例として、自己相似的な円筒対称宇宙の解析を行い、これまで球対称宇宙モデルにおいて確認されていた自己相似仮説(宇宙の構造は最終的に自己相似的に進化するという仮説)が、円筒対称宇宙においても成り立つことを強く示唆する結果を得た。また、円筒対称時空を特徴づける量として半世紀近くもの間、有用と考えられてさたC-エネルギーと呼ばれる準局所的エネルギーが、全く役に立たない場合があることを明らかにした(論文1)。ダークエネルギー問題として注目されている宇宙論的な観測結果は、ダークエネルギーではなく宇宙の非一様性に起因している可能性がある。本研究課題のひとつは、ダークエネルギー問題が我々の宇宙の非一様性に起因するものなのかどうか存明らかにする方法を考案することであるが、既に明らかにされている方法のひとつは、注目する天体が放出する光が受ける宇宙論的な赤方偏移の時間変化を観測することである。この観測により、塵状物質に満たされた非一様宇宙モデルの正否を確認することができると考えられている。インドのタタ基礎研究所のグループとの共同研究で、質量がゼロのスカラー場に満たされた宇宙の場合、この方法では判別できない可能性があることを明らかにした(論文3)。また、塵状物質に満たされた非一様宇宙モデルに対して宇宙背景輻射の観測データからどのよりな制限がつくのかを研究し、現在の観測では制限が付けられないことを明らかにした。この成果に関しては、現在、論文を執筆中である。(A)非一様宇宙の大域的な進化と非一様性の関係ブラックホールは暗黒物質の候補のひとつと考えられているが、本当に候補になり得るかは、未だに明らかにされていない。それを明らかにするために、ブラックホールが等間隔に並ぶ宇宙に注目し、本年度は一般相対論の基礎方程式であるアインシュタイン方程式に含まれる拘束条件を数値的に求めるプログラムを完成させた。(B)宇宙の非一様性が、距離-赤方偏移関係等の宇宙論的な観測に与える影響の解明宇宙の加速膨張問題を解決する為に提案された巨大ボイドモデルにおける赤方偏移ドリフトと宇宙背景輻射の観測についての研究を行った。巨大ボイドモデルは、速度場と重力ポテンシャルの非一様性によって、宇宙が加速膨張しているように見えるモデルである。本当に加速膨張しているか見かけ上、加速膨張をしているのかを区別する一番直接的な方法は、光源天体を長期間観測し続けて、その光の赤方偏移の時間変化(赤方偏移ドリフトと呼ばれる)を確認することだと考えられている。そこで、密度分布が観測者からの距離について単調増加関数の等方ボイドモデルは、この赤方偏移ドリフトによって極めて強い制限がつくことを数学的に厳密に示した。また、宇宙背景輻射の揺らぎのピーク位置とkinematic Sunyaev-Zel'dovich効果について解析し、輻射の非一様性を考慮すれば、現在得られている観測データと無矛盾なモ巨大ボイドデル構築が可能であることを明らかにした。それを明らかにするために、ブラックホールが等間隔に並ぶ宇宙に注目し、昨年度に構築したアインシュタイン方程式に含まれる拘束条件を数値的に求めるプログラムを改良しながら、数値解を構築し解析を行なった。そしてこの数値結果から、ブラックホール間の距離が短い場合は、ブラックホールの静止質量だけで評価した宇宙の膨張速度よりも大きな膨張速度となることが明らかにされた。

ブラックホールだけが存在する膨張宇宙モデルの非線形な解析を精密に行なったのは、この研究が世界初である。(B)宇宙の非一様性が、距離赤方偏移関係等の宇宙論的な観測結果に与える影響の解明.宇宙の加速膨張問題を解決する為に提案された巨大ボイドモデルにおける構造形成の研究を行った。その目的は,銀河分布の観測によって巨大ボイドモデルと一様等方宇宙モデルを区別するためである。巨大ボイドモデルにおける構造形成は,これまで海外の2つの研究グループが行なっているが,具体的な解析を行なわず定式化に留まるものや,厳密性に欠けた解析だけであった。今年度行なった解析は、一様等方宇宙モデルの非線形摂動論を用いたものであり,この近似の適用限界について注意する限り,曖昧さのない結果が得られる.この非線形摂動論を用いて,巨大ボイドモデルにおける構造形成の解析手法の定式化を行なうとともに,具体的に解を構成し,ボイドの中心に位置する観測者の視線に垂直な方向の揺らぎの成長率と,中心観測者からの距離(あるいは宇宙論的な赤方偏移)との関係を定量的に明らかにした。
GSOシンチレーターによる超低バックグランド放射線計測

本研究では、最近開発されたGSO(Gd_2SiO_5:Ce)シンチレーターによる環境γ線、環境中性子の計測に応用するために、混入放射性同位元素による計数を弁別し、超低バックグランドを実現することを目的としている。このことに関して、以下の成果を得た。(1) GSOシンチレーターを用いた低バックグランド測定:GSOシンチレーターを用いて、それに含まれるGd-152及びGd-160からの極微弱放射線についての低バックグランド計測を行って、Gd-152の半減期及びGd-160からのOvββ崩壊に関する知見を得た。また、GSOシンチレーターの低バックグランド化のために、放射性の元素の混入量についても推定できた。(2) GSOシンチレーターによる中性子測定と環境中性子測定への応用:GSOシンチレーターの熱中性子に対する応答についてその特性を検討し、Gd-157の熱中性子捕獲反応の結果の79.5keVのγ線のピークが確認でき、14%の高い効率で中性子検出が可能との結果を得た。環境中性子など微量の中性子計測などへの応用が広がると考えられる。(3)シンチレーターからの蛍光出力の波形測定法とその低バックグランド化への応用:GSOシンチレーターに混入している放射性元素からのα線とγ線を弁別することで、超低バックグランドの計測を目標としていた。これに対して、放射線の種類によって、蛍光の出力波形が異なるかどうかを、波形測定の方法を開発した上で、Ce濃度への依存性も含めて測定した。開発した波形測定のシステムは今後広い応用が考えられる。GSOシンチレーターによるα線とγ線の弁別は、現在のところ充分な蛍光減衰時間の差が見られないとの結果となった。更に、温度依存性など異なったパラメータでの検討が必要である。以上、GSOシンチレーターの低バックグランド計測に関して総合的な研究成果が得られた。1.GSOシンチレーターによる超低バックグランド放射線計測を実現するために、当研究補助金によって購入したデジタルオシロスコープ(Tektronics TDS380P)を用いて、GSOシンチレーターからの蛍光出力波形を測定した。複数のCe濃度のGSOシンチレーターに対して、特にα線、γ線を入射した場合の、蛍光出力波形を比較した。その結果、蛍光出力の減衰成分はα線、γ線で差が大きくなく、入射放射線による違いは少ない。また、Ce濃度を0.5mol%、1.5mol%と変えても、入射放射線による波形の違いは顕著にならなかった。α線によるエネルギー付与の密度が非常に大きいにも関わらず、γ線と同様な発光特性を示すことは、蛍光発光のメカニズムを考える上で重要な現象である。1997.10.応用物理学会:堀川、伏見、中山、桑折、石橋「GSOシンチレーターの蛍光出力の波形測定」にて報告。2.GSOシンチレーターを10cm厚の鉛ブロックで囲って、周囲のγ線バックグランドを遮蔽し、更に、プラスチックシンチレーターで宇宙線バックグランドを除くようなシステムを構築し、低バックグランドの測定を試みた。その結果、シンチレーター中の152Gdのα崩壊、U,Th系列のα崩壊を観測出来た。また、214Bi→214Po→210Pbの崩壊での214Poのα線と214Biのβ線の同時計数測定を行って、超低バックグランド測定の可能性を調べた。また、超低バックグランド計測が極めて重要な160Gdの0ν2重β崩壊の半減期測定に対する知見を得た。[研究発表の項参照]

本研究では、最近開発されたGSOシンチレーターを環境γ線、環境中性子の計測に応用するために、混入放射性同位元素による計数を弁別し、超低バックグランドを実現することを目的としている。具体的には、(1)GSOシンチレーターの中のCe濃度と出力波形の関係について研究する。(2)GSOシンチレーターを環境γ線、環境中性子の計測に応用する低バックグランドの可能性を検討する、の点である。(1) GSOシンチレーターに混入している放射性元素からのα線とγ線を弁別することで、超低バックグランドの計測を目標としていた。これに対して、放射線の種類によって、蛍光の出力波形が異なるかどうかを、波形測定の方法を開発した上で、Ce濃度への依存性も含めて測定した。開発した波形測定のシステムは今後広い応用が考えられる。GSOシンチレーターによるα線とγ線の弁別は、現在のところ充分な蛍光減衰時間の差が見られないとの結果となった。更に、温度依存性など異なったパラメータでの検討が必要である。(2) GSOシンチレーターの熱中性子に対する応答についてその特性を検討し、Gd-157の熱中性子捕獲反応の結果の79.5keVのγ線のピークが確認でき、14%の高い効率で中性子検出が可能との結果を得た。環境中性子など微量の中性子計測などへの応用が広がると考えられる。以上、GSOシンチレーターの低バックグランド計測に関して総合的な研究成果が得られた。
放線菌の生産する窒素を含む多環性化合物群の生合成研究

【ベンザスタチン(BS)類生合成研究】前年度に引き続きBS類生合成経路で最も興味深い反応を触媒するBezEの詳細な解析を行うことによりニトレンの形成とその付加反応を用いた新規な環化反応を触媒する酵素であることを証明した。本酵素の触媒する反応の分子基盤を解明するため、結晶構造解析に取り組んできた。しかし、現在のところ結晶の取得には至っていない。新規なゲラニル二リン酸メチル基転移酵素であるBezAの結晶構造解析では最高分解能2.5Å程度の結晶を得ることに成功している。しかし、分子置換によるBezAの構造決定は困難であった。そのため、今後、セレのメチオニン置換したBezAを用いた構造解析によりその構造を明らかにする必要がある。BezAを用いた新規化合物創出に関してはプレニル基転移酵素NphBとBezAを組み合わせて用いることにより、新規なメチルゲラニル化ポリフェノールの生産に成功した。【イミニマイシン類類生合成研究】前年度までに生合成に関与すると考えられる8つの遺伝子の破壊株の作製に成功していた。また、各遺伝子破壊株の代謝解析を行い、5つの生合成中間体を見出していた。本年度では5つの中間体と予想された化合物のうち3つの化合物の構造をNMRなどの各種スペクトル解析により明らかにした。これらの結果から、これまでに例のない大規模な骨格のリアレンジメントを含むイミニマイシン類生合成経路が推定された。【ベンザスタチン(BS)類生合成研究】前年度に引き続き生合成経路で最も興味深い反応を触媒するBezEの詳細な解析を行うことによりニトレンの形成とその付加反応を用いた新規な環化反応を触媒する酵素であることを証明し、論文発表を行った。ゲラニル二リン酸メチル基転移酵素であるBezAの結晶構造解析では最高分解能2.5Å程度の結晶を得ることに成功しており、BezAの構造が明らかになる一歩手前まで来ている。本年度では5つのうち3つの化合物の構造をNMRなどの各種スペクトル解析により明らかにした。BezEの結晶構造解析は難航しているが、その他の研究は非常に順調に成果が得られており、全体として「期待通り研究が進展した」と評価した。【ベンザスタチン(BS)類生合成研究】BS類生合成経路の全体像の解明を達成することはできた。しかし、環化機構の反応メカニズムを分子レベルで解明するためには環化反応を触媒しているBezEの構造情報が必要となる。これまで、BezEの結晶構造解析に着手してきたが、BezEの結晶構造は得られていない。そのため、異なる結晶化条件を用いてBezEの結晶化条件を見出す。得られた結晶はX線結晶構造解析を行う。得られた情報を元に、アミノ酸残基に変異を加え、変異酵素の機能解析ことによりその反応機構の解明を行う。新規なゲラニル二リン酸メチル基転移酵素であるBezAに関してはセレノメチオニン標識BezAをX線結晶構造解析することによりBezAの結晶構造を明らかにする。得られた結晶構造を情報を元にBezAの反応メカニズムの解明、変異導入によるBezAの基質特異性の改変に取り組む。また、BezAとプレニル基転移酵素NphBを組み合わせることにより新規プレニル化化合物の創出に成功したが、その構造決定には至っていない。そのため、各種スペクトル解析による構造決定を試みる。イミニマイシン類の生合成研究に関してはイミニマイシン類生合成に対する知見を得るため、13Cラベル化酢酸、グルコースの取り込み実験を行う。これにより、イミニマイシン類生合成中にて骨格のリアレンジメントが生じているか否かが明らかになる。また、これまでに構造決定のできていない中間体についても構造決定を行う。これらによりイミニマイシン類の生合成経路を解明する。

本年度では5つの中間体と予想された化合物のうち3つの化合物の構造をNMRなどの各種スペクトル解析により明らかにした。これらの結果から、これまでに例のない大規模な骨格のリアレンジメントを含むイミニマイシン類生合成経路が推定された。【ベンザスタチン(BS)類生合成研究】前年度に引き続き生合成経路で最も興味深い反応を触媒するBezEの詳細な解析を行うことによりニトレンの形成とその付加反応を用いた新規な環化反応を触媒する酵素であることを証明し、論文発表を行った。ゲラニル二リン酸メチル基転移酵素であるBezAの結晶構造解析では最高分解能2.5Å程度の結晶を得ることに成功しており、BezAの構造が明らかになる一歩手前まで来ている。BezAを用いた新規化合物創出に関してはプレニル基転移酵素NphBとBezAを組み合わせて用いることにより、新規なメチルゲラニル化ポリフェノールの生産に成功した。【イミニマイシン類類生合成研究】前年度までに生合成に関与すると考えられる8つの遺伝子の破壊株の作製に成功していた。また、各遺伝子破壊株の代謝解析を行い、5つの生合成中間体を見出していた。本年度では5つのうち3つの化合物の構造をNMRなどの各種スペクトル解析により明らかにした。BezEの結晶構造解析は難航しているが、その他の研究は非常に順調に成果が得られており、全体として「期待通り研究が進展した」と評価した。【ベンザスタチン(BS)類生合成研究】BS類生合成経路の全体像の解明を達成することはできた。しかし、環化機構の反応メカニズムを分子レベルで解明するためには環化反応を触媒しているBezEの構造情報が必要となる。これまで、BezEの結晶構造解析に着手してきたが、BezEの結晶構造は得られていない。そのため、異なる結晶化条件を用いてBezEの結晶化条件を見出す。得られた結晶はX線結晶構造解析を行う。得られた情報を元に、アミノ酸残基に変異を加え、変異酵素の機能解析ことによりその反応機構の解明を行う。新規なゲラニル二リン酸メチル基転移酵素であるBezAに関してはセレノメチオニン標識BezAをX線結晶構造解析することによりBezAの結晶構造を明らかにする。得られた結晶構造を情報を元にBezAの反応メカニズムの解明、変異導入によるBezAの基質特異性の改変に取り組む。また、BezAとプレニル基転移酵素NphBを組み合わせることにより新規プレニル化化合物の創出に成功したが、その構造決定には至っていない。そのため、各種スペクトル解析による構造決定を試みる。イミニマイシン類の生合成研究に関してはイミニマイシン類生合成に対する知見を得るため、13Cラベル化酢酸、グルコースの取り込み実験を行う。これにより、イミニマイシン類生合成中にて骨格のリアレンジメントが生じているか否かが明らかになる。また、これまでに構造決定のできていない中間体についても構造決定を行う。これらによりイミニマイシン類の生合成経路を解明する。
C_<60>クラスターによる低エネルギー電子衝突過程の研究

C_<60>を比較的簡単に巨視量生成する方法が見出されてから、原始・分子と固体の中間に位置するメゾスコピック粒子系のC_<60>は大変注目を集めている。気相C_<60>からの電子散乱か、固相の薄膜の場合と、どう違うかを実験で確かめるために、C_<60>の気相単分子と低エネルギー電子との散乱実験を行なった(ほとんどの実験は薄膜でなされている)。この目的のため、高温炉を既存の実験装置に導入し、また差動排気系を増設した。衝突エネルギー111.5eV,散乱角30°90°の範囲で、C_<60>による弾性散乱電子の相対強度スペクトルを測定した。DCSの絶対値を40*10^<-14>cm^2/srと推定し、HeのDCSの約100倍であった。散乱角の振舞は球ポテンシャル井戸からの散乱を示し、大きな分子に見られるように、1=15の部分波を伴っている。振動励起を、7eV散乱角20°60°で測定した。二つのピークは禁制遷移を含んでおり、角分布はほとんど現われなかった。電子励起を衝突エネルギー50と100eVで測定し、155eVのエネルギー損失領域で、既知の光学的許容遷移の確認をするとともに、6eVのπ電子プラズモンが少なくとも4つの構造に分かれていることを見出した。固相薄膜のσ+πプラズモンの位置である28eVに、幅2eVの小さな構造を発見した。本研究はC_<60>クラスター単分子と高分解能低エネルギー電子とクロスビーム法で衝突させることで、C_<60>単分子の電子状態・振動状態を散乱電子のエネルギー損失分光で調ベることを目的とした。初年度の計画は予定通り進み、所定の成果を上げることができた。1実験装置の整備:C_<60>クラスター単分子発生源として、高温Kセル蒸発装置を新しく開発し、クロスビーム法に必要な強度と安定度を備えたC_<60>ビームの生成を可能とした。Kセル中にキャリアガスをC_<60>ビームと同時に流せる構造を持ち、入射電子の調整と散乱断面積の規格化ができるような工夫をした。キャリアガスの排気効率及びC_<60>の分光系への付着を少なくするための差動排気系を増設した。既存の電子分光系にKセルを設置し1100eVの低エネルギー領域でC_<60>単分子による電子衝突実験を可能とした。2得られた成果:C_<60>振動励起、電子励起を電子エネルギー損失スペクトルで調べ、光・高エネルギー電子による固体及び表面、また溶媒中で得られている、これまでの結果との比較を行った。特に、理論より期待されている固体に特有な電子の集団励起(σ-πプラズモン)は、今回の測定で確認できなかった。110eVという低エネルギー領域で、弾性散乱微分断面積の測定を行い、断面積の絶対値の検討、ならびに大きい分子に特有な大きな角運動量の寄与についての特徴等の多くの知見を得た。予備実験としてC_<60>以外の分子についても、低エネルギー電子・光電子分光、マイクロ波分光の測定を実行した。これら成果については、日本物理学会、C_<60>シンポジウム、論文としてすでに発表した。C_<60>は、60個の炭素原子が孤立五員環則を満たし、サッカーボール構造を持つ極めて安定なメゾスコピック系の一つである。本研究は、C_<60>クラスター単体分子と、低エネルギー高分解能電子とをクロスビームで衝突させ、クラスター内の電子状態を散乱電子のエネルギー損失スペクトル分光で調べることを目的とした。前年度は、計画に従い、装置の増設、調整、予備実験に成功した。本年度は、測定を繰り返すことで、より高精度のデータを得ることに務めた。

その結果、弾性散乱微分断面積及びその絶対値、非弾性散乱では、(a)振動励起の角度依存性と光学的禁制遷移の観測、(b)電子励起における光学的許容また禁制遷移のスペクトルから、分子的な特性が観察された。それとは逆に固体特有の電子の集団励起によるプラズモンが検出され、C_<60>のメゾスコピック系としての性質の現われと考えられる。最終年度にあたり、成果の取りまとめの作業と、学会、シンポジウムで発表するとともに、日本物理学会のジャーナルに本論文として1994年2月号にその成果を発表した。またDCSの規格化の基準値としてHeのDCSの推奨値の整理を行えた。改良した装置を用いて、炭素を含む簡単な分子についても測定を試みた。その他熱分析、光電子分光の手法で、期間中に多くの成果も上げることが出来た。
呼吸感覚モジュレーションを応用した間質性肺炎予後改善呼吸リハビリテーションの開発

これまでの間質性肺炎の呼吸リハビリテーション(呼吸リハ)は効果が一過性であり、生命予後を改善するまでには至らない。その原因は運動療法中に呼吸困難が強く出現し、生理学的な効果発現に必要な運動量を確保することが難しいことにある。近赤外線レーザー照射・胸部振動刺激・メンソール嗅覚刺激による呼吸感覚モジュレーションがそれぞれ健常人における実験的呼吸困難を緩和することを見出してきた。その成果を間質性肺炎患者に応用し、労作時呼吸困難の機序を解明すると同時に、呼吸困難による運動制限を回避しながら生理学的に有効なレベルの運動達成を可能とする新規呼吸リハプログラムの開発を行う。