hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋生物由来含硫アルカロイドImbricatineの合成研究

我々は既に1の南半球を(5R,10aR)-6,8-dimethoxy-5-(4-methoxybenzyl)-9-mercapto-1,5,10,10a-tetra-hydroxazolo[3,4-b]isoquinoline-3(3H)-one(2)として得ることに成功していたが,ひきつづき2に我々の5-arylthio-3-methyl-L-histidine類の一般的合成法を適用した.すなわち2を4-bromo-1-methyl-1H-imidazole-5-carbaldehydeと縮合後アルデヒド部を還元し,更にクロル体へと誘導後Schollkopfの不斉アミノ酸合成法により1の北半球を構成する3-methyl-L-histidine部を構築した.つづいてこのもののオキサゾロン環を開裂後,両アミノ基をBoc基で保護し,アルコール部をSwern酸化後,更にMeOH中I_2酸化してエステル体3へと導き,ここに1の全骨格を有する化合物3の合成に成功した.最後に全ての保護基の除去:(1)メチルエステルの加水分解(2)Boc基の除去(3)MeO基のOH基への変換が必要である.(1),(2)は容易に可能であると思われるが(3)には若干の困難が予想されたためモデル化合物(±)-1-(4-methoxybenzyl)-6,8-dimethoxy-1,2,3,4-tetrahydroiso-quinoline-3-carboxylic acid methyl esterとそのBoc体4を合成し脱メチル化条件を検討した.その結果,4に対して過剰のBBr_3を用いる方法により全ての保護基を除去できることが判明し,合わせて水溶性生成物の単離方法にも知見を得ることができた.今後,この条件を3に適用して1の合成を検討すると共に本研究目的の達成を目指す予定である.
冷却原子系における人工ゲージ場が生み出すトポロジカルな非平衡量子現象

本研究では、冷却原子系の持つ相互作用の可変性や実時間制御の方法をフルに活用することによって、冷却原子系特有の強相関トポロジカル相を作り出すセットアップを提案し、その性質を明らかにすることを目指している。本年度は、前年度までに行った研究のまとめに加え、冷却原子系の実験的進展を踏まえた新しい方向への研究も並行して行った。まず、前年度までに得られたレーザー誘起近藤効果とそれを用いた1次元強相関トポロジカル相(SPT相)の実現提案について、より詳しい解析を進めた。前年度までに冷却アルカリ土類原子系へのレーザー照射により1次元近藤格子系とそのSPT相が実現されることがわかっていたが、本年度はボソン化とくりこみ群を用いた解析により相図の詳細を決定し、このSPT相を保護している対称性を明らかにした。これらの結果を研究会で発表し、論文へとまとめた。また、新たな方向として、一昨年冷却原子系において初めて実現された現象であるトポロジカルポンプに着目した。この現象は光格子の空間方向と時間方向を2次元系と見なすことによって、整数量子Hall効果のダイナミカルな実現と見なすことができる。この現象を原子間に相互作用のある場合にも拡張することを目的に、分数量子Hall効果などの強相関量子Hall状態に対応するトポロジカルポンプの系統的な構成法を提案した。これにより、分数量子Hall効果のLaughlin状態に対応するトポロジカルポンプは1次元電荷密度波状態によって得られることが分かった。さらに、2次元SPT相の典型例であるボソンの整数量子Hall効果についても同様の方法でトポロジカルポンプを構成し、ボソンの整数量子Hall状態の擬1次元極限は有効的にスピン1反強磁性鎖のHaldane相となることを示した。この結果については国内研究会と国際会議においてそれぞれ招待講演を行い、論文にまとめ、出版した。28年度が最終年度であるため、記入しない。冷却原子系においては、光を使って原子をさまざまな方法で制御できるというのが大きな利点であり、原子が光をまとった状態を利用した人工ゲージ場はそのような現象の典型的な例である。光と強く結合した冷却原子気体における多体効果を調べ、非自明な量子現象を探索する足がかりとして、本年度は特に原子間の強い相互作用の効果と非平衡状態としての側面に注目して研究を行った。具体的には、そのような「光をまとった」状態の冷却原子気体と、強相関系特有の現象である近藤効果との間にある類似性に着目して、光を使った新奇な近藤効果の理論提案を行った。光格子中のアルカリ土類様原子の持つ特徴的な光遷移に注目し、スレーブボソン法を用いた理論解析によって光照射下のアルカリ土類様原子における近藤効果の可能性について調べた。それにより、以下のことが明らかになった。(1)光によって近藤効果が誘起されること:光を照射することで系は本質的に非平衡な状態となり、光励起によって温度が上がってしまうという問題がある。しかし、その温度上昇は近藤温度よりも低い値になることを見出し、光照射下で近藤効果が起こることを確認した。(2)また、このようにして光によって誘起された近藤効果は、アルカリ土類様原子の持つスピン自由度と組み合わせることによって、通常議論される固体中の近藤効果では起こらないような新奇な性質を示すことを明らかにした。アルカリ土類様原子の持つ多成分のスピン自由度は、近藤効果によってそれぞれ有効質量の重いフェルミ液体へと変化するが、スピン成分によってそのくりこまれ方が異なるため、スピンの大きい成分が選択的に重いフェルミ液体となるという振る舞いを見出した。冷却原子系においては、光と原子の相互作用を利用することで量子状態をさまざまに制御することが可能であり、また原子間の強い相互作用が非自明な多体効果を生み出す。本研究では、光と原子系が結合することによる人工ゲージ場などの量子現象によって冷却原子系特有のトポロジカル相を作り出すセットアップを提案し、またそれらへの強相関効果を明らかにすることを目標に研究を行っている。本年度は、前年度に提案したレーザー誘起近藤効果のより詳しい解析を進め論文にまとめると共に、そのセットアップを応用することによって冷却アルカリ土類原子系における強相関トポロジカル相の実現提案を行った。具体的には、前年度の解析に加えて最近実験的に観測された軌道間の強磁性交換相互作用の効果を取り入れた解析を行った。レーザーの偏光自由度が原子のスピン自由度と結合するため、近藤結合に非自明な異方性が現れ、その結果として強磁性交換相互作用は近藤効果と競合することなく、確かにレーザーで近藤効果を誘起できることが分かった。以上の結果を含めてレーザー誘起近藤効果の理論提案を論文にまとめ、出版した。また、このレーザー誘起近藤効果のセットアップと、上述の強磁性交換相互作用を応用することによって、冷却アルカリ土類原子系において強相関トポロジカル相の典型例であるHaldane相を実現・制御し、さらにレーザーによって対称性に保護されたトポロジカル相転移を誘起できることを明らかにした。この結果について2回の国内研究会と1回の国際学会で発表し、また2月に行われた国内研究会において招待講演を行った。今年度は、前年度に行った解析をより進めることによって、冷却アルカリ土類型原子系を使ったレーザー誘起近藤効果を実験的にも実現性の高い形で提案することができた。

この結果を論文として出版することができたほか、このセットアップを拡張することによって冷却原子系を用いて強相関トポロジカル相(SPT相)を実現するための方法を見出すことができた。この、近藤格子系を用いたSPT相は、一次元トポロジカル相の典型例であるHaldane相への電荷自由度の効果を調べるための恰好のセットアップになっている。冷却原子系特有の特性や自由度を用いることによって強相関トポロジカル相とその間の相転移を実現するセットアップを提案し、その性質を明らかにできたことは大きな成果だと考えている。本研究では、冷却原子系の持つ相互作用の可変性や実時間制御の方法をフルに活用することによって、冷却原子系特有の強相関トポロジカル相を作り出すセットアップを提案し、その性質を明らかにすることを目指している。本年度は、前年度までに行った研究のまとめに加え、冷却原子系の実験的進展を踏まえた新しい方向への研究も並行して行った。まず、前年度までに得られたレーザー誘起近藤効果とそれを用いた1次元強相関トポロジカル相(SPT相)の実現提案について、より詳しい解析を進めた。前年度までに冷却アルカリ土類原子系へのレーザー照射により1次元近藤格子系とそのSPT相が実現されることがわかっていたが、本年度はボソン化とくりこみ群を用いた解析により相図の詳細を決定し、このSPT相を保護している対称性を明らかにした。これらの結果を研究会で発表し、論文へとまとめた。また、新たな方向として、一昨年冷却原子系において初めて実現された現象であるトポロジカルポンプに着目した。この現象は光格子の空間方向と時間方向を2次元系と見なすことによって、整数量子Hall効果のダイナミカルな実現と見なすことができる。この現象を原子間に相互作用のある場合にも拡張することを目的に、分数量子Hall効果などの強相関量子Hall状態に対応するトポロジカルポンプの系統的な構成法を提案した。これにより、分数量子Hall効果のLaughlin状態に対応するトポロジカルポンプは1次元電荷密度波状態によって得られることが分かった。さらに、2次元SPT相の典型例であるボソンの整数量子Hall効果についても同様の方法でトポロジカルポンプを構成し、ボソンの整数量子Hall状態の擬1次元極限は有効的にスピン1反強磁性鎖のHaldane相となることを示した。この結果については国内研究会と国際会議においてそれぞれ招待講演を行い、論文にまとめ、出版した。光と強く結合した量子系における強相関効果・多体効果は一般に非平衡性などの難しい要素を含んでいるが、上述のように光遷移と近藤効果との間のアナロジーに着目することによって、光を使った新奇な強相関現象の提案を行うことができた。この光誘起近藤効果のメカニズムはシンプルであるがゆえにより進んだセットアップへと容易に拡張できるため、今後の解析においても良い足がかりになると期待できる。次の2つの方向性で研究を進めようと考えている。ひとつには、これまでに提案してきたレーザー誘起近藤効果のセットアップを押し進め、冷却原子系特有の近藤効果の性質を解析し、近藤効果の持つ性質をより広い視点から明らかにしたい。特に、光の偏光自由度の効果や、冷却原子系特有の事情である相互作用の制御性に注目した強結合効果の解析を考えている。
放射線分割照射による小腸モデルにおける増殖動態の総合的解析

放射線治療において、治療効果を妨げる一因として分割照射中の再増殖があげられる。この年度内を通して、マウス小腸腺窩を対象に再増殖について次の実験データを得た。なお、分割は1回線量2Gyを照射した。1)分割照射中の腺窩内のクローン細胞数は速やかに回復し、その程度は一日一回照射群に比して2回照射群の方が大きかった。2)腺窩のポテンシアル倍加時間(Tpot)は、両群とも分割照射開始後に短縮したが、短縮の程度に差はなかった。3)1回照射群と比較して2回照射群では有意に腺窩を構成する細胞数が増加していた。4)腺窩から絨毛への移行速度を検討したところ非照射群では移行速度は一定であったが、照射群では照射期間が延長することにより、移行速度は遅延し、一日2回照射群では著明であった。5)一日2回照射群のアポトーシス数は、1回照射群に比し明らかに増加した。これらの結果をまとめると以下の通りになる。マウス小腸腺窩では分割照射中に再増殖が生じ、一日投与線量に再増殖の程度は依存した。Tpotの短縮と腺窩から絨毛への移行の遅延が観察され、前者では1日投与線量に差はなかったが、後者では一日2回照射の遅延が明らかだった。このように再増殖機構についてTpotと細胞喪失因子の役割、および一日照射線量の関係について明らかにした。これらは、今後順次論文発表する予定である。これらの基礎データをもとに、臨床データを解析した。1日1回照射と2回照射における正常組織の反応の違いについて検討し一日2回照射の問題点を、さらに再増殖機構に関与する因子である照射期間の延長に関する問題点を報告した。また、再増殖機構に関与が予測される核DNA量についても報告した。治療面から再増殖を抑制する目的での抗がん剤の投与に関する臨床研究、さらに重粒子線による増殖抑制を目的とした基礎研究について報告した。放射線治療において、治療効果を妨げる一因として照射中の再増殖があげられる。再増殖に関して、我々はマウス小腸線窩を対象に、次の実験データを得ている。分割照射中の線窩内のクローン細胞数は速やかに回復し、その程度は一日一回照射群に比して2回照射群の方が大きかった。線窩のポテンシアル倍加時間は、両群とも分割照射開始後に短縮したが、短縮の程度に差はなかった。2回照射群では有意に線窩を構成する細胞数が増加していた。以上の結果から、再増殖の機構として細胞喪失因子を取り上げた。本年度における本研究の目的は、照射群で線窩あたりの細胞数が増加している原因について細胞喪失因子としての線窩から絨毛への細胞の移行速度と分割照射中のアポトーシスを対象に検討した。実験はC3Hマウスを用いた。マウスに対してコバルト60による照射を行った。一回線量を2Gy、一日一回と2回照射群に分け照射期間は6日とした。照射開始後4日目に3Hチミジンで標識した。照射は継続し、標識1、2、3日後に屠殺、小腸切片の標本からオートラジオグラムを作成、3Hで標識された細胞が絨毛の基部から絨毛の先端に移動する数を定量的に測定し移行時間とした。また、分割照射中に任意の時期にマウスを屠殺、小腸切片の標本から線窩あたりのアポトーシス数を求めた。結果は以下の通りであった。

1)線窩細胞数は照射により増加した。一日2回照射群では1回照射群より増加した。2)非照射群では、移行速度は一定であった。照射群では照射期間が延長することにより、移行速度は遅延した。とくに、一日2回照射群では著明であった。3)一日2回照射群のアポトーシス数は、1回照射群に比し明らかに増加した。照射による線窩細胞の増加はアポトーシスからは説明不可能であった。移行速度の遅延が関与している可能性が示された。以上の結果より、再増殖の機構における細胞喪失因子の重要性が明らかになった。放射線治療において、治療効果を妨げる一因として分割照射中の再増殖があげられる。この年度内を通して、マウス小腸腺窩を対象に再増殖について次の実験データを得た。なお、分割は1回線量2Gyを照射した。1)分割照射中の腺窩内のクローン細胞数は速やかに回復し、その程度は一日一回照射群に比して2回照射群の方が大きかった。2)腺窩のポテンシアル倍加時間(Tpot)は、両群とも分割照射開始後に短縮したが、短縮の程度に差はなかった。3)1回照射群と比較して2回照射群では有意に腺窩を構成する細胞数が増加していた。4)腺窩から絨毛への移行速度を検討したところ非照射群では移行速度は一定であったが、照射群では照射期間が延長することにより、移行速度は遅延し、一日2回照射群では著明であった。5)ー日2回照射群のアポトーシス数は、1回照射群に比し明らかに増加した。これらの結果をまとめると以下の通りになる。マウス小腸腺窩では分割照射中に再増殖が生じ、一日投与線量に再増殖の程度は依存した。Tpotの短縮と腺窩から絨毛への移行の遅延が観察され、前者では1日投与線量に差はなかったが、、後者では一日2回照射の遅延が明らかだった。このように再増殖機構についてTpotと細胞喪失因子の役割、および一日照射線量の関係について明らかにした。これらは、今後順次論文発表する予定である。これらの基礎データをもとに、臨床データを解析した。1日1回照射と2回照射における正常組織の反応の違いについて検討し一日2回照射の問題点を、さらに再増殖機構に関与する因子である照射期間の延長に関する問題点を報告した。また、再増殖機構に関与が予測される核DNA量についても報告した。治療面から再増殖を抑制する目的での抗がん剤の投与に関する臨床研究、さらに重粒子線による増殖抑制を目的とした基礎研究について報告した。
熱ルミネッセンス線量計を用いた粒子線治療場の線量測定技術とその応用に関する研究

粒子線治療における線量分布検証に利用できる検出器として様々な形状に成形可能である熱ルミネッセンス線量計(TLD)の利用を検討した。本研究ではTLDのグロー曲線に着目し、その精密測定が可能な読取システムの開発とグロー曲線の精密解析による粒子線の線量測定時の補正法に関する研究を行った。様々なTLDに対して粒子線に対する応答を測定し、そのグロー曲線解析を行った。本研究で使用した組織等価なTLDではグロー曲線による補正を行うことで陽子線に対して数%の誤差で測定することができ、炭素線に対しては発光量低下による誤差の軽減が可能であることを示した。粒子線治療におけるTLDを用いた線量測定法を確立するために放射線医学総合研究所重粒子線治療用加速器HIMACを利用し、様々な粒子線に対する複数のTLD素子の応答を測定した。HIMACにおいて陽子、ヘリウム、炭素、ネオン、アルゴン、鉄イオンビームを利用し、広いLET領域に対してTLDの応答を測定した。TLDは汎用的なLiF、BeO、CaSO4(Tm)のみならず首都大学東京眞正氏の開発した組織等価型スラブTLD(Li2B4O4)を利用した。また、詳細な熱蛍光特性を調べるために非常に遅い昇温速度で熱蛍光とその発光波長を測定できるシステムを構築し、各TLDのグロー曲線を高精度に測定した。本年度は組織等価型スラブ型TLD(Li2B4O4)のグロー曲線のLET依存性を詳しく測定し、熱蛍光効率のLET依存性をグロー曲線を用いて補正する手法についての重点的に研究を行った。本手法を用いることにより、治療用炭素線や陽子線の線量分布を組織等価型スラブ型TLD(Li2B4O4)を用いて3次元的に測定できることが示された。しかし治療用炭素線の測定の場合、熱蛍光効率の補正により線量誤差が1040%生じてしまうことが分かった。線量誤差の原因となる組織等価型スラブTLDの劣化や着色を改善する必要があり、組織等価型スラブTLDの生成方法などを今後検討することなった。これらの結果については国内外の学会、研究会にて発表を行い、論文として公表している。また今後、LETによってグロー曲線が変化する現象を詳細調べることにより、TLDの線量依存性、LET依存性等を包括的に説明できるモデル構築を進めていく予定である。粒子線治療におけるTLDを用いた線量測定法を確立するために、昨年度に引き続き放射線医学総合研究所重粒子線治療用加速器HIMACを利用し、様々な粒子線に対する複数のTLDの応答を測定した。使用した粒子種は昨年度と同様に、陽子、ヘリウム、炭素、ネオン、アルゴン、鉄である。今年度は組織等価型スラブTLD(Li2B4O4)に加えて、新素材のTLDとして首都大学東京の眞正氏の開発を行ったセラミック型のTLDの測定も行った。組織等価型スラブTLD(Li2B4O4)を利用した重粒子線治療における線量測定への応用手法としてグロー曲線のLET依存性を利用した補正法に関する研究を行った。本手法を応用し、組織等価型スラブTLDによって治療で用いる拡大ブラッグピーク(SOBP)の線量分布の測定を行った。拡大ブラッグピークの測定ではLETスペクトルが広がっていることの影響により、本補正法では十分な精度を達しえないことが明らかとなった。新素材として使用したセラミック型のTLDでは特定のグローピーク解析を行うことにより、LET依存性の非常に小さい、線量応答が得られることが分かった。このセラミック型のTLDと本研究のグロー曲線解析法を用いることにより、陽子線や炭素線などの粒子線治療のようにLETが大きく変化する線量場の線量測定を精度良く行える可能性を示した。医学物理、粒子線治療、線量測定、医療被ばく研究計画に記載した通り平成25年度は高精度に熱蛍光を測定できるシステムの構築と放射線医学総合研究所重粒子線治療用加速器HIMACを利用した様々な粒子線に対する複数のTLDの熱蛍光特性を測定することができた。組織等価型スラブTLDに着目してグロー曲線のLET依存性を詳細に調べ、その特性を利用することにより治療用陽子線と炭素線の線量分布測定が可能であることを示した。平成25年度では主に組織等価型スラブTLDに着目していたが、その他のTLD素子についても同様な手法によりグロー曲線のLET依存性を調べ、治療用粒子線の線量分布測定に応用できるか検討を行う。平成26年度においてもHIMACを利用した様々な粒子線を利用した実験を行い、これまでの測定データの高精度化、拡充を図る。以上の成果の応用として、複数のTLDを利用することにより粒子線治療場の線質を詳細に調べる手法の確立を目指す。また組織等価型スラブTLDを利用した粒子線の線量分布測定法の精度を向上させるため、首都大学東京の研究グループと共同研究を行い、劣化や着色や生じにくいタイプのスラブTLDの開発を目指す。端数額のため物品費に計上する
精度保証付計算アルゴリズムの性能検証のための極端にたちの悪い行列及び回路の生成

数値計算アルゴリズムの``良さ''は、解きにくい問題、すなわち、小さな計算誤差により解が大きく変わる問題を解かせることで評価できる。連立1次方程式の場合には、非常に大きな条件数の行列を係数行列とする問題を解かせればよい。また非線形方程式の場合には、解が狭い解空間に密集する場合などである。本研究では、極端に大きな条件数をもつ行列の生成および条件数の上界について検討し、ほぼ上界に近い条件数の実現の可能性を明らかにした。また、トランジスタ由来の非線形方程式について、この解曲線方程式に関する極めて顕著な特徴を見出した。前年度に引き続いて、たちの悪い回路の生成に関連して、その基礎理論となる多変数非線形方程式の解の個数について検討した。前年の研究成果であるn変数、(nー1)個の式からなる非線形方程式(解曲線方程式とよぶ)の解曲線について、「Ω行列」の概念を導入して解の個数が有限個であるための条件とそのときの最大個数を与えるという基本的かつ重要な結果を導いたが、この証明の過程において、不等号「>」を証明すべきところを、厳密には不等号「≧」の証明しかできていないことに気が付き、本年度の前半はこの「>」の証明に費やさざるを得なかった。結局、Ω行列の性質をうまく利用していくつかの重要な知見を得、これを基に上記の問題を証明でき、これで前年からの成果を完結させることができた。この部分の証明を電子情報通信学会論文誌に投稿した。来年度(最終年度)はこれらの結果をもとにして、当初の計画である、非常に解きにくい回路方程式の導出を検討する。研究課題のもう一つのテーマである「極めてたちの悪い(条件数の大きい)行列の生成」に関して、(1)n次行列Aの特異値方程式の1次及び(nー1)次の係数と条件数との関係を明らかにし、これを基にして、(2)ある特殊な行列ではあるがこれを用いると従来知られていた条件数よりオーダー的にかなり大きな条件数の行列の存在を示すことができた。これらの結果を電子情報通信学会非線形問題(NLP)研究会において発表を行った。一般的にはまだGuggenheimerらの与えた条件数の上界値とは開きがあるが、次数nが3以下という小さい場合にはGuggenheimerらの上界値に近い値をもつ行列が実際に生成可能であることを示した。また上の結果は、寄り大きな条件数の生成に関する示唆を与える。以上により、2年目の研究目標の半分程度および3年目の研究目標の予備的検討を平成24年度に行ったことになる。本年度は、まず昨年度実質的に得られていた結果として次の発表を行った。(1)たちの悪い一般次数の行列Aの一生成法として、A=μHーE(Hは対角要素がー1で他は1の行列を縁取りした行列、Eは下三角行列)でかつAの行列式がμに依らず恒等的に1となるようにEを定めることを提案しこれにより、従来法よりもかなり大きな条件数が実現できることを,電子情報通信学会非線形問題研究会(NLP研究会;2013.4)において発表した、(2)非線形回路理論で最も基本的なn次非線形方程式:f(x)+Ax=bの解の個数の問題に関し、行列AがΩ行列であることが有限個の解をもつための必要十分条件であることの補完の定理を電子情報通信学会論文誌に投稿し、後に掲載された(2013.10)。本年度新たに得られた成果としては、(3)上記の問題(2)に関連する総合のレビュー論文を依頼され、電子情報通信学会基礎境界ソサイエティの会誌であるFundamental Reviewへの解説記事として掲載された(2013.10)。(4)上記の(1)の結果の改良版として、行列Eの解析的定め方を国際会議ECCTD 2013(2013.9)で発表した。(5)上記の(1)(4)で得られる条件数はGuggenheimerらの与えた条件数の上界とはかなりのギャップがあった。このギャップを縮めるために、上記(1)の行列Hとしてアダマール行列を縁取りした行列に選ぶことにより、Guggenheimerらの上界に極めて近い条件数が得られる可能性を示し、数値例で確認した。この結果をNLP研究会(2014.3)で発表した。一方、(6)たちの悪い(精度良く解くのが難しい)回路の生成の一案として、上記の(2)の結果を利用し、(連続)無限個の解をもつ方程式の導出を検討し、NLP研究会(2013.10)で発表を行った。この中での結果の一つは、Ω行列でない行列の生成法を与えたことである。当初計画の「たちの悪い」(条件数の大きな)行列の生成のうち、単に大きな条件数ということだけではなく、精度保証付き数値解法の性能評価に"より"ふさわしいベンチマーク行列の生成について検討した。

最初の試みとして、ブロック上対角行列という特殊な形についてではあるが、特異値が対数的に等間隔に並ぶ行列の近似的生成法を提案した。この方法について数値例による検証を行ったところ、理論的に予想される結果に極めて近い結果が得られた。本結果については論文として発表した。上記の同じ形の行列を用いて、特異値が極端に大きなものと小さなものに分離する行列なども生成でき、これらもベンチマーク行列として有用と考える。たちの悪い回路の生成に関連して、n変数、(nー1)個の式からなる典型的な非線形方程式(解曲線方程式とよぶ)の解曲線について検討した。上記の方程式はn変数、n式からなる方程式F(x)+Ax=bの第1式を除いた式である。行列Aが(以前本研究代表者が定義した)Ω行列でない場合にはこの方程式の解の個数の上限は押さえられないが、AがΩ行列の場合には有限個の解をもつ。AがΩ行列の場合に関して次のような極めて興味ある結果を得た。1)解曲線方程式のヤコビ行列は常にフルランクである。2)解曲線群は、2種類の解曲線からなる。本結果の一部については、電子譲歩応通信学会回路とシステム研究会で発表を行った。残りについては出来るだけ早い時期に発表予定である。なお、上記の研究の過程で分かることであるが、非常に狭い範囲に多数の解をもつ方程式は精度保証付きで極めて解きにくいと予想しており、この方向で今後検討する。本年度の「研究実績の概要」欄でも述べたように、昨年度の成果(証明)の一部に不十分な箇所があり、この部分の修復にかなりの時間を要した分だけ当初計画から遅れている。ただし、「修復」とはいえ、これは、本研究課題で扱った研究の主要概念である「Ω行列」の重要な性質を明らかにしたもので、この部分だけでも十分重要な知見を与えたものと考えている。上記の理由による遅れを取り戻すため、来年度予定のうち、たちの悪い行列生成の「実装」に当たっては、研究室の学生に依頼することにするつもりである(実装に際してのフローチャートなどはもちろん私の方で作成する)。それ以外の初年度及び2年度の計画はほぼ達成している上、次年度予定の「非常にたちの悪い回路方程式の生成」の一部についての基礎研究が終わっているため。1年目の研究目標の半分程度および2年目の研究目標の予備的検討を平成23年度に行い、たちの悪い回路生成に関する基礎研究としては予想以上の結果が得られたと考えている。精度保証付き計算アルゴリズム評価に対するベンチマーク行列として、あまり偏った特異値分布ではなく、ある意味でランダムなまたは一様に分布する特異値分布が望ましい。また、あまりスパースな行列ではなく、一般的な行列が望まれる。23年度では、大きさが大小の特異値が互いに逆数関係となる場合の一生成法を示し、この中でも特殊な「特異値が大きさに関して対数的に等間隔な場合などについて、理論的考察と数値実験による検証を行った。ただし、これらはブロック上三角行列という特殊な形の行列に基づいており、より一般的な行列による生成法が望まれる。非常にたちの悪い行列に関し、従来よりも遙かに有効な理論的生成法を与えたが、発表論文の共著者でありこの問題では最も著名なRump教授からはその実装化を望まれており、この方法の実装化を来年度是非行いたい。生成理論は既に完成しているので、本年度の「研究実績の概要」欄でも述べたようにこれについては、研究室の学生に依頼したい。
金属キレートの超臨界二酸化炭素/水間の分配に及ぼす水素結合供与性修飾剤の効果

SC-CO_2相と水相の吸収スペクトルを同時に測定できる装置を作成し、Co(acac)_3のSC-CO2/水間の分配に及ぼす水素結合供与性修飾剤3,5-ビストリフルオロメチルフェノール(BTMP)の効果について検討した。Co(acac)_3錯体とBTMPの水素結合による会合体生成によりCo(acac)_3錯体の分配比は大きく増加した。本研究の成果は、SC-CO_2抽出における抽出率向上への利用が期待できる。8-キノリノールによる水相中のガリウム(III)の超臨界二酸化炭素(SC-CO_2)中への抽出に及ぼす3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェノール(BTMP)の協同効果について検討した。BTMPの添加量が増加するにつれてガリウム(III)のSC-CO_2中への抽出量は増加した。増加率とBTMP濃度の関係図より、SC-CO_2中でのガリウム-8-キノリノール錯体とBTMPの会合定数を求めた。水素結合を介した会合体生成に基づく協同抽出はSC-CO_2抽出において報告例が無く、本研究で得られた結果は、SC-CO_2抽出の更なる発展に少なからず寄与すると考えられる。より定量的な解析を行える系として、トリスアセチルアセトナトコバルト(III)錯体(Co(acac)_3)のSC-CO_2/水間の分配挙動に及ぼすBTMPの効果について検討した。BTMPの濃度の増加に伴い水相中のCo(acac)_3の濃度は減少したが、SC-CO_2相中への分配は水相からの減少から予想される濃度よりも低くなった。SC-CO_2/水界面へのCo(acac)_3の析出が予想されることから、ペンダントドロップ法によりSC-CO_2/水界面の界面張力測定を行った。しかしながら界面張力測定の結果からはCo(acac)_3の界面への吸着の明確な証拠は得られず、更なる検討が必要である。今後は水相とSC-CO_2相の吸収スペクトルを同時に測定できる装置をくみ上げ、Co(acac)_3のSC-CO_2/水間の分配挙動についてより詳細に検討していく。超臨界二酸化炭素(SC-CO_2)相と水相の吸収スペクトルのどちらも測定できる二相分配測定セルを作成した。具体的には上部と下部にそれぞれ観測用のサファイヤ窓を一対ずつ取り付けた耐圧セルを用い、光ファイバーポータブル分光器により両相の吸収スペクトルを測定した。まず初めに、非常に安定な錯体であるCo(acac)_3錯体のSC-CO_2/水間の分配定数を測定した。圧力や温度が分配定数に及ぼす影響について明らかにし、錯体に対するCO_2分子の溶媒和数を求めた。水素結合供与性モディファイヤーとして用いた3, 5-ビストリフルオロメチルフェノール(BTMP)のSC-CO_2/水間の分配定数も求めた。次に、BTMP添加に伴うCo(acac)_3錯体の分配比の変化について検討した。圧力や温度も変化させ、分配挙動に与える影響についても検討した。Co(acac)_3錯体とBTMPの水素結合による会合体生成により、Co(acac)_3錯体の分配比は大きく増加した。増加率は圧力が低いほど大きくなった。これは、圧力が低い領域では、会合体を生成する際に妨害するCO_2分子の数が少ないためであると結論付けられた。今後はさらに、他の金属錯体やモディファイヤーで研究を行い、詳細なメカニズムを明らかにしていく予定である。本研究で見出された水素結語供与性モディファイヤーによる金属錯体の分配比増大効果は、SC-CO_2抽出における抽出率や分離能の改善に利用できると考えられる。
シンチレーション法を利用した地目混在農地の熱環境評価に関する研究

本研究の成果は大きく分けて二つある.1つが,シンチロメータを用いた詳細な熱収支の観測によって,地表面状態が異なる地面上の気温形成過程を明らかにしたことである.2つは,水田と宅地の気温差を詳細に観測することによって,水田の気候緩和量を明らかにし,その定量評価を行ったことである.これらの研究成果は2011年に鹿児島で開催された国内学会「日本農業気象学会全国大会」と,2012年スペイン,バレンシアで開催された国際会議「International conference of agricultural engineering」で発表した.本研究の成果は大きく分けて二つある.1つが,シンチロメータを用いた詳細な熱収支の観測によって,地表面状態が異なる地面上の気温形成過程を明らかにしたことである.2つは,水田と宅地の気温差を詳細に観測することによって,水田の気候緩和量を明らかにし,その定量評価を行ったことである.これらの研究成果は2011年に鹿児島で開催された国内学会「日本農業気象学会全国大会」と,2012年スペイン,バレンシアで開催された国際会議「International conference of agricultural engineering」で発表した.従来は均一な面として取り扱われることの多い農地であるが,実際の農地は,圃場や畦畔,作業道,用水路,排水路が混在している.圃場にしてもマルチされた露地栽培圃場,水稲栽培圃場,ビニールハウスなど農業生産活動によって土地の利用形態も大きくことなる.実は土地利用が混在している農地のフラックスを,様々に観測して,地目混在地としての農地のフラックス環境を評価することが本研究の目的である.研究所年度である平成22年度は,本研究が採用するフラックス観測法・シンチレーション法を実施するのに重要な観測機器:シンチロメータの動作確認を行うと共に,シンチレーション法によるフラックス観測値と,他のフラックス観測法による測定値との比較検証を主に行った.シンチロメータの動作確認は,2010年10月から計3回いずれも晴天日に,宮崎大学農学部内の芝生にて実施した.たとえば10月6日14時については,正味放射量545.7W/m2に対して,顕熱フラックス45W/m2をシンチロメータによって観測した.この時の地中熱フラックスが42W/m2であることから,芝生面の潜熱フラックスは458.7W/m2と推定でき,容易にフラックスの計測ができることが確認できた.同時におこなった渦相関法による観測とほぼ同等の値を取得することができた.そこで,まず水田圃場のフラックスを定常的に測定するために,2011年2月に宮崎市北部にある早期栽培水田圃場にてシンチロメータおよび渦相関法による観測装置を設置し,フラックス観測の予備観測を行い,田植え後に再び設置して観測を開始した所である.従来は均一な面として取り扱われることの多い農地であるが,実際の農地は,圃場や畦畔,作業道,用水路,排水路が混在している.圃場にしてもマルチされた露地栽培圃場,水稲栽培圃場,ビニールハウスなど農業生産活動によって土地の利用形態も大きくことなる.実は土地利用が混在している農地のフラックスを,様々に観測して,地目混在地としての農地のフラックス環境を評価することが本研究の目的である.研究2年目である平成23年度は,3月中旬から作付けがはじまる宮崎県の早期水稲栽培ほ場を対象に,その生育ステージに併せて,シンチレーション法によりほ場のフラックス観測を行った.また,光路上に水田ほ場の他に,道路や水路などが含まれるようにシンチレーションを設置して,フラックス観測に与える影響について検討した.早期水稲の生育ステージによって顕熱フラックスは若干の差異が見られたものの、純放射に対する割合で見るとほぼ一定であった。水田上の顕熱フラックス観測値が、アスファルト道路から距離によって変化するかを見た所、極近いとき(2m程度)の時には違いが現れるが、5m程度離れるとほぼ影響は見られなかった。また、100mの光路に対して、5m程度の道路が含まれていても顕熱フラックスへの影響は極僅かであった。以上のことから、水田上の顕熱フラックスに与える周辺道路等の影響は極僅かであることが分かった。水田の持つ気候緩和機能について考えていくときには、反対に道路上の顕熱フラックスに与える周辺農地の影響が同等であるのかを詳しく検討していく必要がある。本研究の成果は大きく分けて二つある.1つが,シンチロメータを用いた詳細な熱収支の観測によって,地表面状態が異なる地面上の気温形成過程を明らかにしたことである.2つは,水田と宅地の気温差を詳細に観測することによって,水田の気候緩和量を明らかにし,その定量評価を行ったことである.これらの研究成果は2011年に鹿児島で開催された国内学会「日本農業気象学会全国大会」と,2012年スペイン,バレンシアで開催された国際会議「International conference of agricultural engineering」で発表した.予定通り早期水稲栽培の生育ステージにあわせたシンチレーションによるフラックスの観測を実施することができた。また、光路上に道路等を加えた観測についても実施することができた。ただし、光路上にビニールハウスを加えた観測は、現地観測の困難さから実施できていない。また、フットプリント解析が十分に行えていななど、遅れている点もある。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では、今後早期水稲栽培に加えて、普通期栽培の水田におけるフラックス観測も実施し、農地の持つ気候緩和機能についてさらなる検討を加えていく。

ただし、当初予定していたビニールハウスを光路上に設けた混在地目のフラックス観測は、現場での観測が困難であることからこれを変更し、代わりにアスファルト舗装面の混在率を変えたフラックス観測を実施するように若干の変更を加える。24年度が最終年度であるため、記入しない。
形状モデリングのための曲線・曲面要素の抽出とその分析

曲線・曲面要素を抽出する入力データとして,以下の様な形状を計測しその分析を行なった.1)グラフィックスデザイナの描いた作品の平面曲線2)ヒトや動物などの自然造形物の曲面1)はA0ディジタイザ(セイコーインスツルメンツ(株),DH-95X3)を用いて計測し,結果を0.25mmピッチの2次元点列で保存した.そして,点列をスプライン関数に当てはめ,スプラインに節点位置から曲線のセグメンテーションを行ない,曲線要素を抽出した.具体的には,実数を遺伝子とした遺伝的アルゴリズムを用いて,この問題を解く方法を提案した.本手法は,データの元にある関数がなめらかなデータは無論のこと,不連続なところや尖ったところがあるデータも扱うことができた.2)はパイプレインX線心血管造影装置(Siemens,BICOR)を用いて,複数方向から左心室内腔の2次元投影画像を撮影した.これらの画像から左心室内腔の輪郭を抽出し,既知周期で時間変化する3次元形状をスプライン関数を用いて再構成した.そして,この手法を臨床の現場に適用できるようシステム化を行った.複数のオペレータによる再構成結果を評価し,本システムはそのばらつきが少く,安定に動作することを示した.さらに複数の臨床例を用いて,多視点から輪郭情報を統合することの有効性を示した.これらの研究をまとめて,IEEE Transaction of Medical Imagingに投稿した.現在査読のコメントに対する回答中である.曲線・曲面要素の抽出する入力データとして,以下の様な形状を計測した.1)グラフィクデザイナの描いた作品の平面曲線2)自動車のデザイン段階で作成されるクレイモデルの空間曲線3)ヒトや動物などの自然造形物曲面1)はA0ディジタイザ(セイコーインスツメンツ(株),DH-95X3)を用いて計測し,結果を0.25mmピッチの2次元点列で保存した.現在はこの点列データから曲線要素を抽出するアルゴリズムの検討を行っている.具体的な方法としては,点列をスプライン関数で当てはめ,スプラインの節点位置から曲線のセグメンテーションを行うことを考えている.2)は接触式形状計測装置(東京貿易テクノシステム(株),Layout machine)を用いて計測し,結果を平均0.5mmピッチの3次元点列で保存した.この点列から手動でセグメーションを行い,曲線要素を抽出した.さらに曲線要素を「曲率の変化の仕方」と「ボリューム」で分析し,その結果を用いて造形における曲線要素の体系化を行った.この研究をまとめて,国際会議VL'99で発表した.3)は光学式非接触形状計測装置(カナダInSpeck社,InSpeck3D-M)を用いて計測し,結果を0.5mmピッチの3次元格子データとテクスチャで保存した.光学式非接触形状計測装置では,1度の計測で1方向からの距離画像しか得られない.そこで,多方向の距離画像を3次元形状モデルに統合するシステムを開発した.このシステムを用いて,和歌山大学に保存されている日本狼の剥製の3次元形状モデルを作成した.日本狼の剥製は世界で5体しか現存しておらず,非常に貴重であるので,この3次元形状モデルをインターネットで公開する電子仮想博物館を構築した,この成果を国際会議AMS'99で発表した.曲線・曲面要素を抽出する入力データとして,以下の様な形状を計測しその分析を行なった.1)グラフィックスデザイナの描いた作品の平面曲線2)ヒトや動物などの自然造形物の曲面1)はA0ディジタイザ(セイコーインスツルメンツ(株),DH-95X3)を用いて計測し,結果を0.25mmピッチの2次元点列で保存した.そして,点列をスプライン関数に当てはめ,スプラインに節点位置から曲線のセグメンテーションを行ない,曲線要素を抽出した.具体的には,実数を遺伝子とした遺伝的アルゴリズムを用いて,この問題を解く方法を提案した.本手法は,データの元にある関数がなめらかなデータは無論のこと,不連続なところや尖ったところがあるデータも扱うことができた.2)はパイプレインX線心血管造影装置(Siemens,BICOR)を用いて,複数方向から左心室内腔の2次元投影画像を撮影した.これらの画像から左心室内腔の輪郭を抽出し,既知周期で時間変化する3次元形状をスプライン関数を用いて再構成した.そして,この手法を臨床の現場に適用できるようシステム化を行った.複数のオペレータによる再構成結果を評価し,本システムはそのばらつきが少く,安定に動作することを示した.さらに複数の臨床例を用いて,多視点から輪郭情報を統合することの有効性を示した.これらの研究をまとめて,IEEE Transaction of Medical Imagingに投稿した.現在査読のコメントに対する回答中である.
ニーマン・ピック病C型に対する脂質輸送担体療法の確立

先天代謝異常症ニーマン・ピック病C型(NPC)は、細胞内脂質輸送・転送障害を呈する希少難病である。これまでに申請者らは世界に先駆けてNPC患者に2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin(HPBCD)脳室内投与療法を施行し、静脈内投与療法を上回る効果を示すことを示唆した。本研究では、これまでの研究成果を基盤に、NPC治療上の臨床課題を基礎に立ち返り解決するため、1)病態モデル動物・細胞を用いたHPBCD脳室内投与の有効性・安全性評価、2) HPBCDによる中枢神経傷害抑制機序の解明、3) HPBCDの動態解析に基づく至適投与プロトコルを確立し、現在継続中のNPC治療に科学的根拠を提供するとともに、4)患者ADL・QOLを高める新規創薬候補の探索を行い、基礎-臨床の橋渡し研究を加速し、NPC治療の最適化を図る。2017年度の検討で、病態モデルマウスにおけるHPBCDの至適投与条件とその時のHPBCDの薬物動態学的検討を行った。また、モデル細胞を用いた新規治療薬候補の探索を行い、候補物質6-O-α-maltosyl-β-cyclodextrin(G2BCD)を見出した。2018年度は、至適投与条件下HPBCDを投与した際のモデルマウスの生命予後に及ぼす影響を精査した。その結果、確立した投与条件において反復投与すると著明な延命効果を示すとともに、種々のNPC症状を顕著に改善した。また、新規治療薬候補G2BCDの物性評価および有効性・安全性評価を行った。HPBCDと比較しG2BCDの投与薬液は低粘度であり界面活性作用が低いことが示され、治療薬として好ましい物性を有していることが示された。モデル細胞においてHPBCDとほぼ同等の有効性および安全性を有すること、更に、病態モデルマウスに全身投与および脳室内投与するとNPC症状が顕著に改善することを見出した。2018年度は当初の予定を繰り上げて、我々の見出した新規治療薬候補のin vivoでの全身投与および脳室内投与時の有効性評価を実施し、論文発表することが出来た(Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(5), 1152)。2017年度も予定を繰り上げてHPBCD脳室内投与時の薬物動態学的解析を行ったことから、当初の計画以上に進展していると評価する。2019年度は、これまでに見出した結果を足がかりにして、新規治療薬候補の有効性および安全性についてさらなる評価を行い、候補化合物の治療薬としての応用可能性を検証する。これまでに申請者らは世界に先駆けてNPC患者に2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin(HPBCD)脳室内投与療法を施行し、静脈内投与療法を上回る効果を示すことを示唆した。本年度の検討で、病態モデルマウスにおけるHPBCDの至適な投与タイミングを明らかにすることができ、各種病態マーカーの変動を精査することができた。加えて、HPBCD脳室内投与を行ったモデルマウスの薬物動態学的特性を明らかにした。HPBCD脳室内・髄腔内投与療法施行中の患者における各種病態マーカー変動を調べた。また、病態モデル細胞を用いた検討で、コレステロール転送障害やライソゾーム容積異常に加えて、オートファジー障害や酸化ストレスの変動を指標にした高感度な評価系を構築した。これを利用し、シクロデキストリン誘導体を含む化合物の薬効評価を行い、あらたな治療薬候補物質を見出した。本年度実施計画の病態モデルマウスにおけるHPBCD脳室内投与条件の評価に関して進展があり、当初の予定より早く最適な投与条件を見出すことが出来たため、HPBCD単回脳室内投与を行った病態モデルマウスにて血液、脳および肝臓中のHPBCD濃度測定をおこない薬物動態解析を行った。以上のように当初の予定を前倒しして検討を行っていることから、当初の計画以上に進展していると考える。

また、モデル細胞を用いた新規治療薬候補の探索を行い、候補物質6-O-α-maltosyl-β-cyclodextrin(G2BCD)を見出した。2018年度は、至適投与条件下HPBCDを投与した際のモデルマウスの生命予後に及ぼす影響を精査した。その結果、確立した投与条件において反復投与すると著明な延命効果を示すとともに、種々のNPC症状を顕著に改善した。また、新規治療薬候補G2BCDの物性評価および有効性・安全性評価を行った。HPBCDと比較しG2BCDの投与薬液は低粘度であり界面活性作用が低いことが示され、治療薬として好ましい物性を有していることが示された。モデル細胞においてHPBCDとほぼ同等の有効性および安全性を有すること、更に、病態モデルマウスに全身投与および脳室内投与するとNPC症状が顕著に改善することを見出した。2018年度は当初の予定を繰り上げて、我々の見出した新規治療薬候補のin vivoでの全身投与および脳室内投与時の有効性評価を実施し、論文発表することが出来た(Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(5), 1152)。2017年度も予定を繰り上げてHPBCD脳室内投与時の薬物動態学的解析を行ったことから、当初の計画以上に進展していると評価する。本年度までに得られた知見を踏まえ、次年度以降はHPBCD療法の最適化を実現できるように検討を進める。具体的には、本年度得られた条件でHPBCDを投与した際のモデルマウスの延命効果を精査する。また、構築した評価系で新たに昨年度に見出した治療薬候補物質の有効性・安全性評価を行う。2019年度は、これまでに見出した結果を足がかりにして、新規治療薬候補の有効性および安全性についてさらなる評価を行い、候補化合物の治療薬としての応用可能性を検証する。
固体表面間の接触熱抵抗のミクロ・マクロ現象に関する研究

標記の研究は,実在の工学系にある固体が原子の集合体としてどのよにモデル化できるかに係るものであるが,この点を固体表面間の接触熱抵抗の固体力学的な要因に注目して研究した.固体力学の分野におけるMD研究では,多くの場合,引張りに対する原子系の変形が対象とされた.また,材料試験法に対応して変位を制御する手法が選ばれた.さらに,原子の熱運動を無視しOKの原子系の静力学を扱うこともあった.それに対して,接触熱抵抗の物理を扱うMD研究では,原子系の圧縮が重要である.また,その問題において境界条件に現れる圧力を制御することの原子系の圧縮が重要である.さらに.熱運動は,MDのオーダの単結晶系にも協力現象としての起こるすべり変形の素因となるものであり重要である.そこで,非等方的に加圧されて弾性変形・塑性変形する接触点のMDモデルを提案し,固体表面間の接触熱抵抗の系統的な研究のために,その原子系の挙動を調べた.明らかにされた結果を以下にまとめる.(1)MD法のために新しい圧力印加制御法と圧力の準静的走査法を提案した.(2)原子系の弾性変形の過程がよくシミュレートされた.(3)原子系が圧縮されてすべり変形するようすが,初めてMD計算上で観察された.(4)原子系に加えられる力が原子系にする仕事と,原子系の内部エネルギーと温度の関係が明らかにされた.引きつづく接触熱抵抗のMD研究のための基礎的な知見と有効な手法が準備された.標記の研究は,実在の工学系にある固体が原子の集合体としてどのよにモデル化できるかに係るものであるが,この点を固体表面間の接触熱抵抗の固体力学的な要因に注目して研究した.固体力学の分野におけるMD研究では,多くの場合,引張りに対する原子系の変形が対象とされた.また,材料試験法に対応して変位を制御する手法が選ばれた.さらに,原子の熱運動を無視しOKの原子系の静力学を扱うこともあった.それに対して,接触熱抵抗の物理を扱うMD研究では,原子系の圧縮が重要である.また,その問題において境界条件に現れる圧力を制御することの原子系の圧縮が重要である.さらに.熱運動は,MDのオーダの単結晶系にも協力現象としての起こるすべり変形の素因となるものであり重要である.そこで,非等方的に加圧されて弾性変形・塑性変形する接触点のMDモデルを提案し,固体表面間の接触熱抵抗の系統的な研究のために,その原子系の挙動を調べた.明らかにされた結果を以下にまとめる.(1)MD法のために新しい圧力印加制御法と圧力の準静的走査法を提案した.(2)原子系の弾性変形の過程がよくシミュレートされた.(3)原子系が圧縮されてすべり変形するようすが,初めてMD計算上で観察された.(4)原子系に加えられる力が原子系にする仕事と,原子系の内部エネルギーと温度の関係が明らかにされた.引きつづく接触熱抵抗のMD研究のための基礎的な知見と有効な手法が準備された.
NMRによるソフト界面間隙の液相分子クラスターの分子構造とダイナミクス解析

本研究では、高圧NMR技術を用いて、10-100nmサイズの水-in-CO_2エマルジョンを形成し、生体膜間を模倣した空間を作り出し、その内部の水分子の構造とダイナミクスを解明することを目的としている。高圧セル内に銅イオン水溶液とAOT界面活性剤-ヘキサン水溶液を添加した後、シリンジポンプにてCO2ガスを導入し、所定の温度・圧力条件にて撹拌したところ、液滴の飛散や白濁が起こった後、完全に透明な溶液に変化した。この溶液のUVスペクトルをその場計測したところ、通常の銅イオン水溶液と同様であったことから、銅イオンを内包した均一なWater-in-ScCO_2エマルジョンを作製できたことが分かった。作製したエマルジョンの平均粒径は300nm程であることを粒度分布測定により確認した。本法では、水/CO_2の量比を変えることで、エマルジョン粒径を100-1500nmまで変えることも可能である。上記手法を用いてWater-in-CO_2エマルジョンを形成させた後、バルブを切り替えて、高圧NMRセル内に送液することで、Water-in-CO_2エマルジョンのNMR測定を実現した。^1H-NMRケミカルシフト測定を行った結果、複数の水ピークが観測され、密度に依存してピーク位置や強度は変化することが分かった。例えば、20MPa、40°CのscCO_2の条件下の0.1wt%以下の水のピークは3本観測された。これらはそれぞれ、4配位構造を取る液体の水(4.6ppm付近)、水素結合が切断されて単一分子化した水(1.4ppm),水素結合が僅かに切断された2配位程度の水(2.6ppm)に帰属された。エマルジョン内における明確な複数本のピークは、水分子交換が極めて遅く、水素結合の弱い水と強い水が共存していることを示しており、通常の水とは全く異なる状態であることが明らかとなった。本研究では、高圧NMR技術を用いて、10100nmサイズの水-in-CO_2エマルジョンを形成し、生体膜間を模倣した空間を作り出し、その内部の水分子の構造とダイナミクスを解明することを目的としている。まず、均一なWater-in-Oilエマルジョンを生成させる条件を検討したところ、分散剤として5w/v%ポリビニルアルコール(PVA500)を含む水溶液を、CH_2Cl_2+トルエン混合(密度1gcm^<-3>溶液に滴下した後、撹拌1分,界面活性剤添加を行った時のみ、均一な溶液として観測できるが、それ以外のケースでは、僅かな白濁あるいは油水分相が生じることを確認した。そこで、ハステロイ製の高圧セル内に、水溶液(5w/v%PVA500)と界面活性剤を添加した後、シリンジポンプにてCO_2ガスを導入、撹拌しながら、超臨界CO_2(sc-CO_2)中に水滴が分散するWater-in-CO_2エマルジョン作製を試みた。結果、フッ素系界面活性剤(1.0v/v% Ammonium pentadecafluorooctanoic acid(PFOA)あるいはPerfluoropolyetherphosphate(FOMBLIN))を利用した時のみ、液滴の飛散や白濁が起こり始め、均一なエマルジョンが生成される様子が観測された。この現象は撹拌時間に応じて異なる傾向を示し、PFOA系では撹拌時間に関わらずこれ以上の変化は現れないが、FOMBLIN系においては60分経過した後に急激な白濁が進行し、極めて均一にエマルジョン化することが分かった。この要因として、二鎖のFOMBLINは二つのリン酸基を水相側へ、リン酸基間に存在するフッ素官能基を周囲のCO_2相側へ向けた洗濯バサミのような構造を採り、水相を安定に内包できるため、直鎖のPFOAに比べてWater-in-CO_2エマルジョンを形成し易いことが考えられる。さらに、Water-in-CO_2エマルジョンを形成させた後、バルブを切り替えて、ジルコニア製の高圧NMRセル内に送液するシステムを構築した。^<1>H-NMRケミカルシフト測定を行ったところ、3本のピークが観測され、これらのピークは異なる水分子状態が存在していることを示唆していることが分かった。