hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
化合物半導体基板上におけるヘテロエピタキシャル成長ダインミクスに関する研究

当該年度は、前年度でその表面構造を明らかとしたInSd{111}および、InSb(001)を基板として用い、その上での金属のエピタキシャル成長過程を超高真空電子顕微鏡法(UHV insitu TEM)、反射高速電子回折法(RHEED)、およびオ-ジェ電子分光法(AES)によって研究することを目的とした。以下にその結果の概要を述べる。この基板上において、Inは初期、バルクの結晶構造(fct)とは異なるfcc構造を取りながら島状成長する。また、基板極性に応じて配向性に変化が見られた。Inは2種類のエピタキシャル配向関係で島状成長する。ひとつは、(100)配向粒子であり、{111}上のInと同様にfcc構造をとる。いまひとつは、[110]方向には小さなミスフィットの値を持つ(101)配向粒子であり、成長初期からfct構造をとる。Auは成長初期、この基板上で√3x√3構造をとる。この構造をTED法を用いて解析した結果、HTーMTL(Honeycombly TrimerーMissing Top Layer)モデルが最も妥当であることがわかった。AgはInSb(111)A基板上でStranskiーKrastanov型成長をすることがわかった。その成長のごく初期、Agは√3x√3構造を示した。この構造は、約0.4nmの臨界膜厚を持ち、この臨界膜厚以上では、Agは基板に対し2種類の配向性をもってエピタキシャル成長した。SnはInSb(111)Aー2x2基板上では室温においてもαーSnとして成長する。その表面は3x3構造を示し、合金層の形成、拡散等は見られなかった。一方、InSb(111)Bー2x2基板上ではSbの拡散が起こり、3x3構造が見出される膜厚がA面の場合と比べ大きくなった。これは、InSb(111)Bー2x2表面のSbーtrimer構造と密接な関係がある。
超短パルスレーザーを用いた新奇な核スピン偏極法の開発

基底状態にあるアルカリ土類金属原子を短レーザーパルスによって複数の超微細準位にコヒーレントに励起すると,核スピン偏極がI=1/2の核種については最大89%, I=3/2の核種については最大76%にまで数ナノ秒の時間スケールで変動することを理論的に示した。これは,超高速核スピン偏極が理論的に可能であることを示すものであり,寿命の短い不安定核種へも原理的に応用できると言う点で原子核物理学の研究に大きく寄与する。また,核スピン偏極の実験実証に先んじて,超高速電子スピン偏極を世界で初めて実験的に観測した。得られた結果は我々のab-initio理論計算の結果と良く一致した。初年度である本年は,本研究の最終目的である超短レーザーパルスを使った核スピンを偏極させる新奇な方法の開発を進めるに先立ち,偏極および偏極度の検出が比較的容易なイオンの価電子のスピン偏極実証実験にまず取り組んだ。実験準備を進めると共に理論的な解析も並行して進めた。まず,実験に関しては,ストロンチウム原子を使った実験を進めた。レーザーアブレーションによって発生させた高密度ストロンチウム原子ガスに円偏光したナノ秒の色素レーザー(694nm)を照射することにより5s5p ^3P_1(M_J=+1)を選択的に励起した。その後,フェムト秒レーザーの基本波(794nm)から第2高調波(397mn)を発生させ,時間幅150fsの397nm光をポンプ光として5s5p ^3P_1(M_J=1)から5s6d ^3D1(MJ=1)および^3D_2(M_J=1)をコヒーレントに励起した。しかるべき時間遅延の後,794nmをプローブ光として照射し,光イオン化を誘起した。我々の予想では,生成イオンはスピン偏極しているはずである。しかしながら,794nmのプローブ光なしでも397nmのポンプ光によって光イオン化が既に起こってしまい,期待されたスピン偏極スキームを実現できなかった。その理由として,794nm光をプローブ光として使った場合には光イオン化効率がかなり低いのではないかと疑われたので,ナノ秒の色素レーザーを使って波長掃引し,効率良く光イオン化が起こるプローブ光波長を現在探索している。理論については,やはり時間遅延をおいたポンプパルスとプローブパルスを使ってスピン偏極を誘起するという我々のアイディアに基づき解析を進めた。その結果,スピン偏極度の時間遅延に対する依存性は光強度によって顕著に異なるということがわかった。第2年度である本年は,超短レーザーパルス誘起スピン偏極に取り組んだ。ここで対象としたスピンは中性Sr原子の光イオン化によって生成した価電子のスピンである。ナノ秒レーザーのスキームと同じく,レーザーアブレーションによって発生したSr原子ガスにナノ秒レーザーを照射して励起し,その後,フェムト秒のポンプパルスで5s6d 3D_1,3D_2をコヒーレントに励起した。可変時間遅延の後,フェムト秒のプローブパルスを照射しイオン化させる。イオン化によって生成した光イオンのスピン偏極度は右/左円偏光したナノ秒のイオン検出レーザーによって誘起されたレーザー誘起蛍光強度比から測定した。その結果,光イオンのスピン偏極度は約0%から70%までの間を6.7ピコ秒の時間周期で変動していることがわかった。しかしながら,現状ではS/N比が余り良くないデータであるため,装置や計測系の最適化によりデータの質の向上をさせることが理論と比較する上でも重要である。理論については実験に先立ち,核スピン偏極を実現するスキームを独自に考案し,解析を行った。その結果,23kV/cmの静電場を原子に印加することにより,数ナノ秒から数10ナノ秒という,従来知られている光学的なスピン偏極手法よりも3桁ほど短い時間スケールで高偏極を実現できることがわかった。達成偏極度は核スピン1/2のアルカリ土類金属原子については約90%,核スピン3/2のアルカリ土類金属原子については60%であった。第3年度である本年は第2年度に引き続き,超高速電子スピンの直接的かつ全光学的検出に取り組んだ。この目的のために3色のナノ秒レーザーと2色のフェムト秒レーザーを組み合わせた実験を実施し,超高速電子スピンの実時間観測の再現実験に成功した。しかしながら,以前実施しかナノ秒レーザーの偏極スキームでは問題にならなかった中性原子の絶対数の不足およびフェムト秒パルスのパワー不足がS/N比の良い信号を得るに当たって大きな問題になっていることが明らかとなった。フェムト秒パルスのエネルギーを増大させるのは容易ではないが,中性原子の絶対数を増やすには,原子発生源をアプレーションからるつぼ方式に変えれば良く,今後はるつぼ方式に切り替えて実験を進める事とする。

これによって,原子数が5倍程度は増えることが予想され,レーザーパワーの増大なくともS/N比の十分な信号が得られると期待される。理論については,核スピン偏極を実現するスキームを独自に考案し,解析を行った結果,数kV/cmの静電場を原子に印加することにより,ナノ秒オーダーという,従来知られている光学的なスピン偏極手法よりも3桁ほど短い時間スケールで高偏極を実現できることを示し,国際会議及び論文発表した。達成偏極度は核スピン1/2のアルカリ土類金属原子については約90%,核スピン3/2のアルカリ土類金属原子については60%であった。さらに,核スピン5/2および7/2の場合についても解析を進め,これら核スピン値の大きな場合においても20-30%の偏極度を得ることが原理的に可能であることを明らかにした。量子エレクトロニクス
針に生ずるスティック・スリップ現象を活かした構造色プリンティング技術の開発

本研究は,スティック・スリップ現象を利用した独自の加工法(SS加工法)を,将来的に簡易・安価かつ描画可能な構造色プリンティング技術として応用化することを念頭に置き,加工工具に針を用いたSS加工法の確立を目的として,針のSS挙動,および,針のSSにより形成された構造と発現する色の関係解明を目指すものである.本研究は大別すると「1針のSSに関する知見の実験的取得及び針のSS加工法の制御」と「2針のSSによる構造色プリンティングの制御」の2テーマから成り,このうち初年度(H30年度)は1を実施した.初年度の結果を簡潔に述べる.まず,現在のSS加工装置は工具に刃を用いることを前提に設計されたものであるため,これを針用に改造した.次に,過去の研究結果を参考に,針がSSを生じる条件の探索を行った.当初は良い成果が出ず苦しんだが,試行錯誤を繰り返し,最終的には針のSSによりフィルム表面に微細周期構造が形成される加工条件(入力条件)範囲を見出すことに成功した.また,SS加工では4種の入力条件((a)加工対象物の張力(おもりの重量),(b)針の刺込量(針の垂直方向位置),(c)加工対象物の移動速度(ウインチの回転速度), (d)針の自由端の長さ)を任意に変えることが出来る.工具が刃の場合の入力と出力(微細周期構造の形態:微細な穴のピッチや穴径,深さ等)の関係性は,過去の研究において明らかとなっていたが,工具が針の場合も同等かは不明であったため,これを実験的に明らかとすることを目的とし,入力条件を変化させた場合に得られる出力を走査型プローブ顕微鏡(SPM)によって調べた.その結果,入出力の基本的な傾向は工具の違いに拠らないが,針の場合の方がSSを起こすための入力範囲が狭いことが明らかとなった.以上,総括すると,初年度の研究により,針のSSを自在に制御し,針のSS加工法を確立するための礎が出来たと言える.まず,本研究では,計画通りにSS加工装置(元は工具に刃を用いることを前提に設計されたもの)を針用に改造し,針がSSを生じる条件の探索を行うことができた.後者に関しては.当初は良い成果が出ずに苦しんだ時期もあったが,試行錯誤を繰り返し,最終的には針のSSによりフィルム表面に微細周期構造が形成される加工条件(入力条件)範囲を見出すことに成功した.また,SS加工では4種の入力条件(前述)を任意に変えることが出来,入力の変更により出力(前述)を調整することが出来る.既に,工具が刃の場合の入出力の関係性については明らかとなっていたが,工具が針の場合も刃の場合と同様の関係性があるのかは不明であったため,これを実験的に明らかとすることを目的とし,入力条件を変化させた場合に得られる出力をSPMによって調べた.その結果,入出力の基本的な傾向は工具の違いに拠らないが,針の場合の方がSSを起こすための入力範囲が狭いことが明らかとなった.以上の様に,本研究は初年度,計画通りに進めることが出来た.よって,現時点において,本研究は概ね順調である.初年度で既に上記1は完了したため,今後は2の研究を行う.ここで,2に関し,構造色発現のためには,基本的には可視光波長と同等の大きさの構造を作る必要がある.しかし,先行研究(刃のSS加工)では数十μmピッチの微細周期構造も虹色構造色を発現した.本研究(針を用いたSS加工)でも,既に初年度の研究において,数十μmピッチを有する微細周期構造の形成には成功しているが,残念ながらそれらは構造色を発現していない.そこで,今後はまず,針を用いたSS加工によって,構造色の発現する微細周期構造を形成し,その時の入力条件範囲を調べる.構造の形態は本年度同様SPMを用いて調べ,発現した色の特定は紫外可視分光分析もしくは目視により行う.また,構造色の発現は,物質表面の構造の形態に依存し,光の干渉・回折・散乱が絡み合った複雑な現象であるため,その発色機構の解明は容易ではないが,本研究ではFDTD(時間領域差分)法を用い発色機構を解明する.FDTD法の市販ソフトウェアは高価であるが,僅かにオープンソース版も存在するため,これを用いて,SS加工法により形成された微細周期構造の発色機構を解明する.本研究は,スティック・スリップ現象を利用した独自の加工法(SS加工法)を,将来的に簡易・安価かつ描画可能な構造色プリンティング技術として応用化することを念頭に置き,加工工具に針を用いたSS加工法の確立を目的として,針のSS挙動,および,針のSSにより形成された構造と発現する色の関係解明を目指すものである.本研究は大別すると「1針のSSに関する知見の実験的取得及び針のSS加工法の制御」と「2針のSSによる構造色プリンティングの制御」の2テーマから成り,このうち初年度(H30年度)は1を実施した.初年度の結果を簡潔に述べる.まず,現在のSS加工装置は工具に刃を用いることを前提に設計されたものであるため,これを針用に改造した.次に,過去の研究結果を参考に,針がSSを生じる条件の探索を行った.当初は良い成果が出ず苦しんだが,試行錯誤を繰り返し,最終的には針のSSによりフィルム表面に微細周期構造が形成される加工条件(入力条件)範囲を見出すことに成功した.また,SS加工では4種の入力条件((a)加工対象物の張力(おもりの重量),

(b)針の刺込量(針の垂直方向位置),(c)加工対象物の移動速度(ウインチの回転速度), (d)針の自由端の長さ)を任意に変えることが出来る.工具が刃の場合の入力と出力(微細周期構造の形態:微細な穴のピッチや穴径,深さ等)の関係性は,過去の研究において明らかとなっていたが,工具が針の場合も同等かは不明であったため,これを実験的に明らかとすることを目的とし,入力条件を変化させた場合に得られる出力を走査型プローブ顕微鏡(SPM)によって調べた.その結果,入出力の基本的な傾向は工具の違いに拠らないが,針の場合の方がSSを起こすための入力範囲が狭いことが明らかとなった.以上,総括すると,初年度の研究により,針のSSを自在に制御し,針のSS加工法を確立するための礎が出来たと言える.まず,本研究では,計画通りにSS加工装置(元は工具に刃を用いることを前提に設計されたもの)を針用に改造し,針がSSを生じる条件の探索を行うことができた.後者に関しては.当初は良い成果が出ずに苦しんだ時期もあったが,試行錯誤を繰り返し,最終的には針のSSによりフィルム表面に微細周期構造が形成される加工条件(入力条件)範囲を見出すことに成功した.また,SS加工では4種の入力条件(前述)を任意に変えることが出来,入力の変更により出力(前述)を調整することが出来る.既に,工具が刃の場合の入出力の関係性については明らかとなっていたが,工具が針の場合も刃の場合と同様の関係性があるのかは不明であったため,これを実験的に明らかとすることを目的とし,入力条件を変化させた場合に得られる出力をSPMによって調べた.その結果,入出力の基本的な傾向は工具の違いに拠らないが,針の場合の方がSSを起こすための入力範囲が狭いことが明らかとなった.以上の様に,本研究は初年度,計画通りに進めることが出来た.よって,現時点において,本研究は概ね順調である.初年度で既に上記1は完了したため,今後は2の研究を行う.ここで,2に関し,構造色発現のためには,基本的には可視光波長と同等の大きさの構造を作る必要がある.しかし,先行研究(刃のSS加工)では数十μmピッチの微細周期構造も虹色構造色を発現した.本研究(針を用いたSS加工)でも,既に初年度の研究において,数十μmピッチを有する微細周期構造の形成には成功しているが,残念ながらそれらは構造色を発現していない.そこで,今後はまず,針を用いたSS加工によって,構造色の発現する微細周期構造を形成し,その時の入力条件範囲を調べる.構造の形態は本年度同様SPMを用いて調べ,発現した色の特定は紫外可視分光分析もしくは目視により行う.また,構造色の発現は,物質表面の構造の形態に依存し,光の干渉・回折・散乱が絡み合った複雑な現象であるため,その発色機構の解明は容易ではないが,本研究ではFDTD(時間領域差分)法を用い発色機構を解明する.FDTD法の市販ソフトウェアは高価であるが,僅かにオープンソース版も存在するため,これを用いて,SS加工法により形成された微細周期構造の発色機構を解明する.
仏教的世界観による王権と聖地復元の研究〜中世日本の宗教景観〜

今年の実績は、(1)立命館大学21世紀COEプログラム主催×ロンドン大学SOAS日本宗教研究センター共催の国際シンポジウム「The Power of Ritual:儀礼の力-学際的視座から見た中世宗教の実践世界-」で、研究発表「入洛する神輿・神木と「神威」」を行った。(2)仏教的世界観の構築に関わった中世日本の職能民に関する研究発表として、慶応義塾大学巡礼記研究会研究集会にて「室町期京都の「霊場」と職能民-聖俗の相克をめぐって-」を発表。(3)宗教を文化史研究の対象にする際の研究手法の追究として、論文「中世日本文化研究の覚え書き-「歴史叙述」における文化の位相を中心に-」を発表。(4)立命館大学オープン・リサーチセンター主催、風俗画研究会にて、研究発表「描かれた神輿・神木-都市に対する示威イメージ-」を発表した。(1)では、中世に頻発した仏教による「神威」の発動のメカニズムを「神輿入洛」という行為に捉え、これを宗教的な一連の動き=儀礼として解釈した。これによって、中世の政治システムだけでは割り切れない「神威」の存在を史料に表された表現や絵画史料によって明らかにした。(2)は、宗教技能を持つ中世職能民を中世社会に位置づけるための研究。中世に存在した「仏教的世界観」や「宗教景観」を創ったと考えられる職能民の宗教技能を捉えながら、その歴史的位置づけを試みた。(3)は、海外の日本研究手法に鑑みながら日本文化史研究の手法を論じたもの。海外における日本研究は、歴史や文学にかかわらず、「日本学」や「アジア学」の枠組みで解釈されているため、巨視的な視点から日本を捉えることに成功しているが、視覚的なものだけを文化の対象として捉える研究手法が根強く存在しているため、一部、日本の歴史的文脈が無視されたままの偏った文化研究が流通している現状に対し、本論文では、これらの方法論を経験的に踏まえ批判を行った。本テーマに関する今年度の研究実績の具体的内容については、(1)中世王権に関する研究、(2)真言密教法流に関する研究、(3)聖地、(4)聖教と偽書の研究に大別できる。まず、(1)に関する論文「中世の「天皇」と即位灌頂-真言方即位法をめぐって-」では、天皇が即位儀礼の際に行う密教儀礼である即位灌頂について、現在、東寺観智院金剛蔵聖教に所蔵されている即位法関係資料を使い分析を行った。また、論文「中世の「礼服御覧」と袞冕十二章-天皇即位をめぐる儀礼と王権-」では、天皇が即位儀礼で着用する袞冕十二章の文様や、これを検分する行事である礼服御覧について分析した。これらは、中世王権のいわば「聖地」における行事として、天皇の即位儀礼を捉えたものであり、即位の場の変遷や、仏教が天皇をどのようにして捉えているかについて論じたものである。(2)に関しては、「鳥羽勝光明院宝蔵の『御遺告』と宝珠-院政期小野流の真言密教-」を論文としてまとめた。本論文では、真言密教法流である小野流の中でも、醍醐寺流と勧修寺流が伝持していた「宝珠」に関する秘説の違いを、法流の性質の違いとして捉えたものである。また、王権が固執した「宝物」としての宝珠の存在を、密教がいかにして利用したか、「御倉」や「宝蔵」に安置された宝珠に焦点をあて、王権との関係を論じた。(3)に関する論文「鎌倉時代の神泉苑請雨経法指図-財団法人藤井永観文庫所蔵『神泉苑請雨経法道場図』の紹介-」では、藤井永観文庫(立命館大学ARC所蔵)『神泉苑請雨経法道場図』を紹介しながら、京都における聖地である「神泉苑」を、視覚的資料として提示した。この研究に関しては、「Rain-making rituals and Esoteric Buddhism in Medieval Japan」と題した研究報告をロンドン大学SOASでも行った。(4)「中世の偽書・偽文書-空海に仮託された史料-」では、本研究が素材とする資料・史料の性質に対する視角や方法について論じたものである。以上が主な概要である。本テーマに関する今年度の研究実績の具体的内容については、(1)ロンドン大学SOASを拠点とするヨーロッパにおける日本研究を踏まえた研究の提示、(2)中世王権と即位灌頂に関する論文集のまとめと刊行、(3)中世神泉苑を中心とする聖地解読、の三つに大別できる。(2)については、論文集『中世王権と即位灌頂』を刊行し、即位灌頂研究の現在と史料と資料の間にある聖教の解読方法を新たに提示した。(3)は、昨年に引き続き中世の聖地復元に関する研究である。今年度は神泉苑の構図から、南北で聖俗の棲み分けがされていた点、中世に入り荒廃した神泉苑を復興する際に「龍王」に仮託して復興を要求する中世の歴史的位相の解読、また、かかる「龍王」が登場する前提となった「龍王」を祀る「請雨経法」中における「龍供作法」や「龍穴」の位置について導き、論文としてまとめた。以上が概要である。

(2)仏教的世界観の構築に関わった中世日本の職能民に関する研究発表として、慶応義塾大学巡礼記研究会研究集会にて「室町期京都の「霊場」と職能民-聖俗の相克をめぐって-」を発表。(3)宗教を文化史研究の対象にする際の研究手法の追究として、論文「中世日本文化研究の覚え書き-「歴史叙述」における文化の位相を中心に-」を発表。(4)立命館大学オープン・リサーチセンター主催、風俗画研究会にて、研究発表「描かれた神輿・神木-都市に対する示威イメージ-」を発表した。(1)では、中世に頻発した仏教による「神威」の発動のメカニズムを「神輿入洛」という行為に捉え、これを宗教的な一連の動き=儀礼として解釈した。これによって、中世の政治システムだけでは割り切れない「神威」の存在を史料に表された表現や絵画史料によって明らかにした。(2)は、宗教技能を持つ中世職能民を中世社会に位置づけるための研究。中世に存在した「仏教的世界観」や「宗教景観」を創ったと考えられる職能民の宗教技能を捉えながら、その歴史的位置づけを試みた。(3)は、海外の日本研究手法に鑑みながら日本文化史研究の手法を論じたもの。海外における日本研究は、歴史や文学にかかわらず、「日本学」や「アジア学」の枠組みで解釈されているため、巨視的な視点から日本を捉えることに成功しているが、視覚的なものだけを文化の対象として捉える研究手法が根強く存在しているため、一部、日本の歴史的文脈が無視されたままの偏った文化研究が流通している現状に対し、本論文では、これらの方法論を経験的に踏まえ批判を行った。
新奇フラストレート格子多体系の量子相転移の研究

量子反強磁性体や光格子中の冷却原子気体などの様々なフラストレート量子多体系の物理を理論的に解明、開拓した。特に新たに確立した手法「数値クラスター平均場+スケーリング法」を活用することで、これまで困難であったフラストレート反強磁性体に対する実験計測と定量的に比較可能な理論解析に成功した。また、近年作成された人工的なスピン軌道相互作用を有するBose原子気体系を念頭に、光格子中量子シミュレーションの基盤となる理論模型を構築し、その豊富な基底状態物性を明らかにした。ごく最近実験グループにより、幾何学的にフラストレートした層状三角格子反強磁性体Ba_3CoSb_2O_9において従来の理論では予測されない強磁場磁気異常が報告された。我々は「大規模クラスター平均場+スケーリング」理論を用いた微視的モデル計算を行い該当する磁気異常の原因を突き止めるとともに、この現象が物質固有のものではなく擬2次元フラストレート磁性体一般に観測され得る普遍的な量子力学的効果であることを明らかにした。三角格子反強磁性体は幾何学的フラストレーションを示す最も基礎的な系のひとつである。交換相互作用が等方的なHeisenberg模型の場合には、量子効果が顕著なS=1/2スピンの場合でも120度構造の長距離秩序が基底状態となる。ここに磁場を印加した場合、古典系では偶発的な基底状態の連続縮退が現れる。量子系においては、絶対零度でも存在する量子揺らぎによって縮退が解け、その結果磁化過程に特徴的なプラトーが現れる。まず我々はBa_3CoSb_2O_9を記述する模型として2次元三角格子上のS=1/2XXZ模型を採用し、c軸に垂直な磁場を印加した場合の磁化過程を理論的に解析した。その結果、実験で見られた磁気異常に対応する相転移は、如何なるパラメータ領域でも起こらないことを示した。そこで実際の擬2次元物質をより良く記述するために、非常に弱い三次元性を加味し再び磁化過程を調べた。その結果、強磁場において層間の相対スピン角に関する新たな弱い1次相転移が現れうることを明らかにした。また、Ba_3CoSb_2O_9に対応する模型パラメータにおいて、数値的に算出した磁化曲線が磁気異常を含む実験データと非常に良く一致することを示した。さらに、この磁気異常(強磁場1次相転移)は模型パラメータの詳細によらず飽和磁場の0.7倍程度の磁場で起こることを明らかにした。磁性体において微視的なスピン間に反強磁性の相互作用が働いている場合、隣り合うスピン同士が反対を向きたがる。その結果、正方格子や立方格子のような格子結晶中では、スピンが互い違いに向いた反強磁性秩序が安定化する。一方で、格子の形が三角格子やカゴメ格子のように、三角形のユニットから構成されている場合、スピンがうまく互い違いに並ぶことができない。これを幾何学的なフラストレーションがあるという。昨年度に引き続き、三角格子反強磁性体におけるフラストレーションと量子揺らぎ、強磁場の複合的な影響により出現する新たな相転移現象に関して詳しく調べた。1000個を超える膨大なスピンを扱い、模型を厳密に対角化することで有限系の固有状態がどのような対称性を持っているかを明らかにした。熱力学極限でマグノンが2つの異なる波数を持ってBose-Einstein凝縮(BEC)する「ダブルBEC」状態が現れる場合、有限系では最低エネルギー固有状態だけではなく幾つかの励起状態まで調べる必要がある。また、ダブルBEC状態の2つの凝縮体間の相対位相を周期境界条件での厳密対角化から決定することは、原理的に困難であるという知見を得た。並行して、光格子中に充填した2種Bose原子混合気体の系を調べた。近年、アメリカの実験グループによって疑似的なスピン-軌道相互作用を導入することができるようになったこの実験系は、ダブルBEC状態が形成される可能性がある点で、上記の磁性体研究と数学的な共通性がある。ダブルBEC、シングルBEC間の相転移やMott絶縁体転移を含めた相図を明らかにした。研究の目的のうち「フラストレート磁性体の新たな量子相転移現象の開拓と理解」に関しては前年度までの計画であったが、さらに興味深い新たな研究テーマが見つかったため本年度も継続して研究を行った。それに伴い、本年度の課題「冷却原子気体で生まれる新しいフラストレート系の研究」を一部次年度以降の研究として再計画した。近年の磁性実験の進展は、理想的な擬2次元量子磁性体の作成および磁気飽和まで達する強磁場物性測定を可能にした。磁気飽和における基底状態は各スピンの最大スピン状態の単純な直積で書け、そのため飽和磁場近傍での量子揺らぎはゼロ磁場に比べて小さい。しかしながらフラストレート磁性体では準縮退した多数の磁化過程が飽和磁場近傍に存在するため、例え小さな量子揺らぎの効果でも相対的に重要になり、基底状態の決定に顕著な役割を果たす。我々はXXZ異方性を持つ三角格子量子反強磁性体の飽和磁場近傍での磁気状態を、数値厳密対角化およびクラスター平均場+スケーリング理論(CMF+S)を用いて詳細に議論した。上述の量子揺らぎ効果によって、この系の強磁場領域では古典模型には存在しない「π-coplanar状態」が現れることが、以前の我々の研究によってS=1/2の場合に対して示唆されている。

本研究では大規模な数値厳密対角化計算を行い、この飽和磁場近傍の量子状態を熱力学極限における自発的対称性の観点から深く吟味した。また、S=1とS=3/2の場合に関してもCMF+Sを用いてπ-coplanar状態の相境界を決定し、その相境界がSが大きくなるにつれて1/S展開による近似解に自然に繋がっていくことを示した。これらの研究成果によりπ-coplanar状態の現れる領域はSの値に依らず有限に存在し、また、Sが小さいほど広いことが分かった。並行して、昨年度から行ってきた光格子中の人工スピン-軌道相互作用を持つBose原子気体に関する研究をまとめ、論文執筆を行った。この系の相転移現象は上述したフラストレート磁性体と共通の有効模型で一般的に記述される。これらの一見まったく異なるようにみえる系の根底にある数学的共通性を明らかにすることで、これらの系に特有の相転移現象に関する相補的な理解が得られた。昨年度設定した研究計画通り、これまでの研究成果をまとめ、論文執筆を行った。現在査読中である。また、実験家との連携など、来年度の研究目的である「フラストレート冷却原子気体系」の研究を行う下準備も整った。ごく最近、Harbard大のM. Greiner実験グループによって、正方光格子中の極低温Fermi原子気体を用いた反強磁性長距離秩序の量子シミュレーションが行われた。これまでFermi原子気体系は、その冷却の難しさから光格子中での極低温領域の実験は非常に限られていた。Greinerらは系をエントロピーのリザーバーと中心系に分離することで、スピン交換エネルギーのスケールを下回る極低温を実現した。本実験の成功により、光格子中の冷却原子気体を用いた固体物理の量子シミュレーション研究は新たな段階に進んだと言える。そこで我々は次なる段階として、より非自明なフラストレート磁性の量子シミュレーションを提案した。具体的には、三角光格子中に充填されたコヒーレントに結合した2成分Fermi原子混合気体の系を想定した。磁性が重要となる強結合極限における量子物性と熱揺らぎ効果を「サイズ外挿を伴う数値クラスター平均場法(CMF+S)」および古典モンテカルロ法を用いてそれぞれ解析した。その結果、この系が揺らぎによる秩序化による様々な量子相転移現象や、部分的な秩序の回復を伴う2段階の熱的相転移といった興味深い物性を示すことを明らかにした。さらに、その系の秩序転移温度はGreinerグループの達成温度と同じオーダーであり、現実的に量子シミュレーションが可能であることを示した。三角格子反強磁性体はフラストレート系の最も典型的な模型であり、その量子シミュレーションの達成は冷却原子系のシミュレータとしての実力を問う試金石となる。我々の理論的な成果は今後の実験に対する道筋を示したという点で大きな意義を持つ。量子反強磁性体や光格子中の冷却原子気体などの様々なフラストレート量子多体系の物理を理論的に解明、開拓した。特に新たに確立した手法「数値クラスター平均場+スケーリング法」を活用することで、これまで困難であったフラストレート反強磁性体に対する実験計測と定量的に比較可能な理論解析に成功した。また、近年作成された人工的なスピン軌道相互作用を有するBose原子気体系を念頭に、光格子中量子シミュレーションの基盤となる理論模型を構築し、その豊富な基底状態物性を明らかにした。本年度の研究実施計画をすべて順調に遂行した。
ニオブ錯体の高度合成触媒化技術

遷移金属触媒を用いた物質生産プロセスは、グリーンケミストリーの観点から特に有効な手段であり、我が国のファインケミカルズ製造における重要な基幹生産技術に位置づけられる。その代表例として、遷移金属触媒を用いたクロスカップリング法による炭素ー炭素結合ならびに炭素ヘテロ元素結合生成反応が挙げられ、国内外の多くの合成化学研究者によって高機能材料、医薬品等様々な物質製造における合成ツールとして利用され、活発に研究が行われている。しかしながら、これまでに開発されている金属触媒を用いる有機変換プロセスの多くは、パラジウム、ロジウム等の稀少貴金属触媒を比較的大量に用いる必要があり、これら稀少貴金属に替わる汎用金属の高活性化を基軸とした触媒有機化学プロセスの開発が強く望まれている。上記に示す問題点を解決すべく、簡便でクリーンな手法での安定かつ高活性な低原子価ニオブ種の合成法の確立と、それらを用いた、高度合成触媒化技術の開発を行うべく本研究を遂行した。本年度は、低原子価ニオブ上にカルベン部位を導入することにより、新規ニオブカルベン錯体を合成し、高活性オレフィンメタセシス反応の触媒として利用することに成功した。特に本研究においては、反応系中でニオブカルベン種を簡便に発生させることにより、閉環メタセシスにおいて高活性触媒として機能することを見出した。これらの反応を達成することによって、低原子価ニオブ錯体が社会的ニーズの高い高難度かつ実用的な有機変換反応プロセス開発研究において有効な触媒ツールとして組み込むことを達成した。金属触媒を用いた物質生産プロセス開発は、グリーンケミストリーの推進にとって不可欠な手段である。とりわけ、既存の稀少貴金属資源を用いた触媒合成プロセスからの汎用金属触媒への代替化・低減化のための技術開発は金属資源の高効率利用の観点から挑戦すべき課題である。その解決の鍵として、反応性に富む前周期金属化合物の高度な合成触媒化技術が挙げられる。本研究では、この目的の達成のために新規な高活性低原子価ニオブ化合物の効率的な合成法の開発を行うことを目的とする。この目的を達成するために、本研究では、簡便でクリーンな手法を用いた安定かつ高活性な低原子価ニオブ種の合成法の確立と、これらを触媒とした有用な反応開発を行う。平成28年度の研究においては、合成触媒として高い反応性ならびに構造安定性を有する低原子価ニオブ触媒の調製法として、安価で市販され、かつ安定に取り扱うことができるペンタアルコキシニオブ等の五価ニオブを出発原料とした新たな手法を開発した。具体的には亜鉛を還元剤とし、ジアミンを配位子として加えることにより、配位子の効果により構造安定化されるとともに、金属上の電子密度を高め、触媒活性を上げる工夫を施している。また、得られた低原子価ニオブジアミン錯体は、アルケンとアルキンのクロス[2+2+2]環化付加反応において高い反応性を示し、また本反応に用いることのできるアルキンの基質適用範囲を飛躍的に拡張することを可能にした。さらに、本研究では、配位子として用いるジアミンの立体効果が触媒活性ならびに選択性に大きな影響を与えることを見出し、従来報告例がほとんどなかった、低原子価ニオブ錯体の合成触媒として用いる研究における重要な知見を得た。本課題は、既存の稀少貴金属資源を用いた触媒合成プロセスからの汎用金属触媒への代替化・低減化のための技術開発であり、反応性に富む前周期金属化合物の高度な合成触媒化技術の開拓にある。本研究では、現在までに、新規な高活性低原子価ニオブ化合物の簡便な合成法として、ペンタアルコキシニオブ、亜鉛、ジアミン配位子からなる新規手法を開拓した。また、本触媒系が、アルケンとアルキンのクロス[2+2+2]環化付加反応による1,3-シクロヘキサジエン合成において高い反応性、選択性を示すことを見出した。さらに、本研究で合成した新規低原子価ニオブ錯体系において、配位子として用いるジアミンが触媒反応に多く与えるという知見を得た。加えて、クロス[2+2+2]環化付加反応においては、多くの反応条件の下での効率的なスクリーニングを行うことができ、本触媒系の分子変換反応における最適条件を見出すことができた。また、本研究ではジアミンを配位子として用いている新規な低原子価ニオブ錯体触媒系を構築した。この成果は、配位子の効果により低原子価ニオブ錯体が構造安定化されるとともに、金属上の電子密度を高め、触媒活性の向上をもたらした。本年度の研究成果は、低原子価ニオブ金属触媒を用いた合成化学分野での利用において元素戦略的にも重要な役割を果たす、また、特異的な触媒能を有する低原子価ニオブ化合物の安定性、反応性の向上を図ることによって、従来の貴金属触媒を凌駕する高い触媒活性を有する「次世代型金属触媒」を創成する今後の本課題での研究における礎となる。本研究では、稀少貴金属資源からの代替金属としてのニオブ化合物に着目し、ニオブ化合物が有する高いルイス酸性ならびに、ニオブ化合物とオレフィン、ニトリルとの間での高い反応性を活かした高効率触媒反応開発を行う。平成29年度の研究成果としては、触媒量の五塩化ニオブ存在のもと、アルキンとニトリルとの反応において効率的にピリミジンが生成することを見出した。本反応では生成するピリミジンが塩基性を有するため、ルイス酸性を有する五塩化ニオブが反応過程において失活する。そのため、従来法では触媒量の五塩化ニオブを用いた反応は達成されていなかった。

本研究では、塩化鉄を添加剤として加えることにより、五塩化ニオブの使用量を触媒量(20 mol %)まで低減化することに成功した。さらに、本研究では、五塩化ニオブ触媒を用いたアルキンとニトリルからのピリミジン合成反応において添加物として用いる塩化鉄の役割を赤外分光法を用いて解析した。その結果、ベンゾニトリルに対しては塩化ニオブを加えるとニトリルのCN伸縮振動ピークが高波数側にシフトするのに対して、塩化鉄を加えても当該ピークのシフトは見られなかった。一方、ピリミジンに対しては塩化鉄を加えた方が塩化ニオブを加えたときよりもC-N伸縮振動の高波数側へのシフト幅が大きかった。このことによって、本反応においては、塩化ニオブはニトリルを活性化するために有効で、塩化鉄はピリミジンに配位している塩化ニオブと交換することによって、塩化ニオブの触媒再生に働いていることを示唆することが分かった。さらに、本年度はジインと単純アルケンとの反応において、塩化ニオブ/亜鉛/トリシクロヘキシルホスフィンを触媒として用いることにより、分子内[2+2+2]環化付加反応が進行し、高選択的に二環式シクロヘキサジエンが得られることをあわせて見出した。本課題は、既存の稀少貴金属を触媒とした有機合成プロセスからの汎用金属触媒への代替化・高性能化であり、オレフィン類と高い反応性を有する有機ニオブ化合物を用いた高度な合成触媒化技術にある。本研究では、現在までにアルキン、オレフィン、ニトリル類と種々の反応基質を用いた、1,3-シクロヘキサジエン、ピリジン等多くの有用な新反応を見出してきた。とりわけ、従来触媒化に成功していなかった、ニオブ化合物を用いた単純アルキンとニトリルとの反応によるピリミジン合成においては、塩化鉄を添加剤として加えることにより、本研究で初めて触媒化に成功した。また、本研究では赤外分光法による解析によりピリミジン合成における五塩化ニオブのニトリルならびにピリミジンへの配位に関する知見を得ることができた。このことによって、触媒として用いるニオブ錯体の反応基質の活性ならびに触媒の失活に関するメカニズム解明において重要な成果をもたらした。さらに、これまで選択性の制御が困難であった、ジインと単純アルケンとの反応による分子内[2+2+2]環化付加反応による二環式シクロヘキサジエン合成において、配位子としてトリシクロヘキシルホスフィンの添加が有効であることを見出した。本年度の研究成果は、ニオブ化合物に種々の添加剤ならびに配位子を加えることにより、これまでにはない新たなニオブ触媒としての機能が発現し、高選択的かつ高性能な合成触媒としてのニオブ化合物の利用法を示した。このことは、ニオブ化合物を用いた触媒化学において、貴金属金属触媒を凌駕する高い触媒活性・性能を有する次世代型金属触媒を創成するという本課題での研究目的を達成するための重要な指針を与えるものである。遷移金属触媒を用いた物質生産プロセスは、グリーンケミストリーの観点から特に有効な手段であり、我が国のファインケミカルズ製造における重要な基幹生産技術に位置づけられる。その代表例として、遷移金属触媒を用いたクロスカップリング法による炭素ー炭素結合ならびに炭素ヘテロ元素結合生成反応が挙げられ、国内外の多くの合成化学研究者によって高機能材料、医薬品等様々な物質製造における合成ツールとして利用され、活発に研究が行われている。
高等植物におけるサイトカイニン応答分子機構の解明

サイトカイニン(CK)は形態形成、ストレス応答や栄養源の分配など植物の生育の様々な段階で重要な役割を果たす植物ホルモンである。しかしその受容・情報伝達機構については、数ある植物ホルモンの中でも最も研究が遅れていた。それがここ数年の間に急速に花開き、情報伝達モデルが提唱されるまでに進展した。しかしCK情報伝達については、その初期段階のフレームワークが明らかになったにすぎない。高等植物のCK応答分子機構の全容を解明するには、His-Asp系により制御される標的遺伝子の同定が鍵となると考えている。本研究はこの標的遺伝子の同定・機能解析から、高等植物におけるCK応答分子メカニズムの解明を目指すものである。そのために、以下に示す3段階の研究を計画した。マイクロアレイを用いた標的遺伝子の探索(研究1)、Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assayを用いたType-B ARR標的遺伝子の探索(研究2)、研究1、2で同定した標的遺伝子の機能解析(研究3)である。平成17年度は主に研究1を遂行し、標的候補遺伝子の絞り込みを行った。その結果bHLH, Myb, AP2,GATAファミリーに属する転写因子、lateral organ boundary (LOB)domaincontaining proteinやhistone deacetylaseなど興味深い遺伝子を見いだすことに成功した。平成18年度は、これらの標的候補遺伝子の機能解析を行ってきた(研究3)。変異体や過剰発現体の表現形の解析から、いくつかの遺伝子について、His-Aspリン酸リレー情報伝達系の下流でサイトカイニン応答に関与することを示唆する結果が得られつつある。高等植物のCK応答分子機構の全容を解明するにはHis-Asp系により制御される標的遺伝子の同定が鍵となると考えている。本年度は主に研究1を遂行した。まず、CK処理を行った野生株、CK高感受性の表現型を示すType-B ARR過剰発現体とCK非感受性を示すARR22過剰発現体からRNAサンプルを調整し、それぞれのサンプルにおける遺伝子発現データをAffimetrix社のATH genome arrayを用いて取得した。これらのデータを比較解析することにより、複数の標的遺伝子候補を絞り混むことができた。いくつかの遺伝子については、RT-PCRやNorthern解析により再現性を確認した。今後は、これらの標的候補遺伝子の解析を進めていく予定である。
シイタケ核酸関連物質の加工、調理過程における酵素分解とその制御

本研究の目的は、シイタケの旨味成分である5'-グアニル酸の調理過程における蓄積機構を解明し、その蓄積量を最大にするための加工・調理条件を確立することにある。研究結果は以下の通りである。1.核酸の分解に関与するヌクレア-ゼ(以下Nase)及び5′-ヌクレオチド(以下Mt)を分解するホスファタ-ゼ(以下Pase)のシイタケ部位別分布と成長に伴うこれらの変化を検討し、これら酵素の菌傘部での分布は部位によって著しく偏り、菌傘表層部ではPase活性が強く,ひだ部ではNase活性が強いことを明らかにした。2.(1)シイタケそのまま及びそのホモジネ-トについて、60°C保温中の核酸関連物質の消長を比較し、ホモジネ-トではNtが一旦生成してから速やかに減少するが、シイタケ組織では一旦生成したNtは容易に減少しないことを示した。(2)シイタケ昇温加熱中の核関連物質の消長を調べ5070°Cで核酸やNtの分解が急速に進こと、NaseとPaseは、いずれも60°C前後で急速に失活すること、シイタケ組織から浸漬液へのNtの溶出は生シイタケより乾シイタケにおいて顕著であること等を明らかにした。3.上記の実験結果から、シイタケ調理過程でのNt蓄積機構を、《5070°Cで、Naseは活発に作用して核酸からNtを生成しながら失活していくが、こうして生成するNtのうち、Paseの失活やPaseをあまり含まない部位への拡散・移行によってPaseによる分解作用を受けなかったもののみが蓄積する》と推論した。4.シイタケの実際的な乾燥条件や調理条件とNt蓄積量との関係を検討し、乾燥条件は調理時のNt蓄積量に大きな影響を及ぼさないこと、調理条件のうら、調理加熱時のシイタケのpHと温度上昇速度は、Nt蓄積量に最も大きい影響を及ぼし、pHは6.5付近、昇温速度は4°C/min.前後でNt蓄積量が最大になること等を明らかにした。本研究はシイタケ調理過程での5′ーヌクレオチド蓄積の最適条件を解明することを目的とするものであり、本年度は、生シイタケおよび干しシイタケ調理過程における核酸・5′ーヌクレオチドの変化、およびこれら成分の分解に関与する酵素類の挙動を検討した。(1)生シイタケないし水で膨潤した干しシイタケを水と共にほぼ一定の昇温速度で加熱した場合、生シイタケ、干しシイタケ共に、温度が50°Cに達するまでは吸水率が次第に増大したが、50°Cを越えると一転して吸水率が減少し、一度吸水した水が排出されることが明らかになった。(2)同じ加熱過程で、ヌクレアーゼおよびホスファターゼは、5070°Cの温度域で急速に失活した。また、これら酵素の煮汁への溶出は、生シイタケではまったく、干しシイタケではほとんど認められなかった。(3)同じ加熱条件で、RNAは、50°C前後までは大きい変化を示さず、5070°Cで急速に減少し、80°C以上ではそれ以上減少しなかった。また、シイタケ、干しシイタケにかかわらず、RNAが煮汁中に溶出することはなかった。(4)同じ過程で、5′ーヌクレオチドは、5070°Cで増大し、80°C以上ではそれ以上増加することがなかった。また、5′ーヌクレオチドが増大する温度域で、シイタケから煮汁への5′ーヌクレオチド類の溶出が盛んであり、とくに干しシイタケで、5′ー

ヌクレオチドの煮汁への溶出が顕著であった。(5)以上の実験結果から、シイタケ調理過程でのRNA関連物質の変化はつぎのように進行すると考えられる。すなわち、温度が50°Cを越えて70°Cに達するまでの間に、シイタケ組織中での5′ーヌクレオチドの生成反応と分解反応が急速に進みながら、同時に両分解酵素の熱失活のためにこれらの反応は間もなく収束する。この過程で、煮汁中へ溶出した5′ーヌクレオチドは分解をまぬがれて蓄積される可能性が大きい。本研究はシイタケ調理過程での5′-ヌクレオチド(以下Nt)蓄積の最適条件を解明することを目的とするものであり、本年度は、60°C保温下のシイタケ中での核酸関連物質の変化を詳細に検討することによって、Ntの蓄積機構を解明すると共に、その蓄積を促すための調理条件を検討した。1.シイタケそのままとそのホモジネ-トについて、60°C保温中の核酸関連物質の消長を比較したところ、ホモジネ-トではNtが一旦生成してから速やかに減少するのに、シイタケ組織では一旦生成したNtは容易に減少しないことが明らかになった。さらに、核酸を分解するヌクレア-ゼとNtを分解するホスファタ-ゼの組織内での分布に偏りがあること、ホモジネ-ト保温中の4種のNtの濃度比の変化はシイタケそのままを保温した場合より速やかであること、保温中に浸漬液Nt:組織Ntの濃度比はヌクレオシドの同濃度比より速やかに増大すること等を明らかにした。2.これらの実験結果と昨年度の研究結果から、シイタケ調理過程でのNtの蓄積機構を次のように推論した。すなわち、主として5070°Cで、ヌクレア-ゼは活発に作用して核酸からNtを生成しながら失活していくが、こうして生成するNtのうち、ホスファタ-ゼによる分解を免れるもののみが蓄積することになる。そして、Ntがこの酵素による分解を免れるためには、ホスファタ-ゼの速やかな失活や、この酵素のあまり分布していない部位や浸漬液へのNtの速やかな拡散・移行が重要である。3.シイタケの乾燥条件や調理条件とNt蓄積量との関係を検討し、以下のことを明らかにした。(1)極端に高温にならないかぎり、熱風乾燥の温度はシイタケ調理時のNtの蓄積量に大きい影響を及ぼさない。(2)調味料の存在は調理時のNt蓄積をやや抑制する。(3)調理時にpHをやや上昇させるとNt蓄積量は増大する。(4)4°C/min.前後の昇温速度の時、Nt蓄積量は最大になる。
βアミロイド蛋白の脳内フリーラジカル産生とアミニンによる神経細胞保護作用の検討

本研究では、ベータアミロイド蛋白(以下Aβ)の神経細胞障害の原因に関与するとされるフリーラジカルの発生をElectronParamagnetic Resonance (EPR)法を用いて確認し、ラミニンという細胞外マトリックス成分がAβの細胞障害性に対してどのように寄与するのかについて検討した。ラミニンは組織障害、細胞障害時に導引されることが知られ、アルツハイマー病の特徴的な病理所見の一つである老人斑にもその存在が確認されている。しかし、何故に存在しているのかについて詳細に検討された研究はあまり無いためフリーラジカルという細胞障害性の高いものに対する影響を検討し、Aβによる細胞障害を抑制するかについてそして治療薬になり得るかを検討した。1)Aβを培養細胞に添加すると細胞障害性の高いヒドロキシルラジカルが発生し細胞障害性の生化学的な指標となる脂肪酸ラジカルの発生も確認した。2)ラミニンにはヒドロキシルラジカルを消去する活性があることを確認した。3)Aβとラミニンを混和して培養細胞に添加すると細胞障害性の高いヒドロキシルラジカルの発生が抑制されることを確認した。4)Aβとラミニンを混和して培養細胞に添加するとAβのみを添加した場合に比較して細胞の生存率が有為に高くなることを確認した。5)ラミニンはアルツハイマー病の治療薬になり得る可能性を秘めているが、ラミニンは900KDaの巨大糖蛋白物質であり経口、血管内投与は脳実質への移行を考えると問題があるため今後ラミニンの中でも有用な低分子構造を検索していく必要があるものと考えられた。我々はこれまでの研究でグルタミン酸のアナログであるn-methyl-d-aspartate(NMDA)を用いて培養細胞のNMDA受容体を刺激し、その系からフリーラジカル産生をelectronParamagneticresonance(EPR)法にて確認してきた。今回はベータアミロイド蛋白によるフリーラジカル産生を確認する実験を施行する前段階として、神経細胞毒性にフリーラジカルが関与すると考えられているこのNMDAを使用し、Lamininの神経細胞保護作用について検討を行った。実験方法としてはSDラット(B.W.250300g)大脳の海馬に5mMNMDA(pH7.4)2μlを片側に注入し、対側には生理食塩水(pH7.4)を同量添加した群と5mMNMDA+0.01mg/ml Laminin(pH7.4)2μlを片側に注入し対側には生理食塩水(pH7.4)を同量添加した群を作成し両者の海馬の組織障害程度ついての組織学的変化を経時的(1日、3日、8日後にそれぞれ断頭した。)に光学顕微鏡で観察した。組織は還流固定(5%パラホルムアルデヒド)を行い、パラフィン固定をしミクロトームにて10μmの切片を作成した。各切片HE染色を施行しNMDAによる細胞障害の程度を確認したが、添加したLamininによる神経細胞の障害防御については今回有為な差は明らかにはできなかったが、注入後の行動上はLaminin注入群において痙攣発作等が減弱していた。今後はラット大脳からフリーラジカル産生が捕らえられるのかについて検討する予定である。本研究では、ベータアミロイド蛋白(以下Aβ)の神経細胞障害の原因に関与するとされるフリーラジカルの発生をElectronParamagnetic Resonance(EPR)法を用いて確認し、ラミニンという細胞外マトリックス成分がAβの細胞障害性に対してどのように寄与するのかについて検討した。しかし、何故に存在しているのかについて詳細に検討された研究はあまり無いためフリーフジカルという細胞障害性の高いものに対する影響を検討し、Aβによる細胞障害を抑制するかについてそして治療薬になり得るかを検討した。

1)Aβを培養細胞に添加すると細胞障害性の高いヒドロキシルラジカルが発生し細胞障害性の生化学的な指標となる脂肪酸ラジカルの発生も確認した。2)ラミニンにはヒドロキシルラジカルを消去する活性があることを確認した。3)Aβとラミニンを混和して培養細胞に添加すると細胞障害性の高いヒドロキシルラジカルの発生が抑制されることを確認した。4)Aβとラミニンを混和して培養細胞に添加するとAβのみを添加した場合に比較して細胞の生存率が有為に高くなることを確認した。5)ラミニンはアルツハイマー病の治療薬になり得る可能性を秘めているが、ラミニンは900KDaの巨大糖蛋白物質であり経口、血管内投与は脳実質への移行を考えると問題があるため今後ラミニンの中でも有用な低分子構造を検索していく必要があるものと考えられた。
シクロデキストリン誘導体によるタンパク質分子の二次元結晶化とその構造解析

研究目的遂行のために、1.タンパク質分子の精製、2.タンパク質分子の単分子膜化、3.二次元結晶の機能・構造評価の順で実験を行った。1.タンパク質分子の精製ダイマー等によりタンパク質分子の二次元結晶化成長を妨げる可能性があるので、対象タンパク質であるフェリチンをHPLCにより精製し、モノマーのみを得た。2.タンパク質分子の単分子膜化フェリチンをサブフェーズに含む溶液上に、オクタデシル化したシクロデキストリン誘導体を展開し、表面圧変化をモニターすることにより、フェリチンの吸着を観察した。シクロデキストリン誘導体の単分子膜上へのフェリチンの吸着は、約10時間で飽和に達した。従って、この段階でタンパク質が最も密にパッキングしていると思われる。3.二次元結晶の機能・構造評価シクロデキストリン単分子膜上に吸着したフェリチンを観察するために、水平付着法により、カーボンコートしたグリッド上に転写して、負染色することにより透過型電子顕微鏡観察を行った。フェリチン分子が密に詰まった像を得ることには、成功したが、2次元結晶化にはいたっていないことがわかった。そのため、サブフェーズの組成、pH、塩濃度、温度、タンパク質濃度を種々変えることによって、フェリチン分子の2次元結晶化条件を、現在、模索している。また、フェリチンがシクロデキストリン単分子膜に吸着する際の、シクロデキストリン単分子膜の初期表面圧も変えて実験を行っている。