hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミトコンドリア・核ゲノム関連遺伝子ネットワークの解明によるイチゴ雄性不稔の解析

栽培イチゴの花は雌蕊を囲んで複数の雄蕊が位置する両全花であるため、種子繁殖型一代雑種(F1)品種の育成の際に自殖種子の混入を避けるための除雄に多くの労力がかかり、種子生産コストが高いという課題がある。もし栽培イチゴで雄蕊が機能しない雄性不稔系統が作出できれば、自殖を予防し、効率的な育種が可能になるが、栽培イチゴでは雄性不稔を制御する方法の確立には至っていない。そこで本研究では栽培イチゴと野生種の交配による核置換を利用した雄性不稔系統を作出し、雄性不稔の原因となるミトコンドリア・核ゲノム間のネットワークを解析し、雄性不稔原因遺伝子・稔性回復遺伝子の同定に取り組むことを目的とした。まず、野生種F. iinumaeと栽培品種の種間雑種戻し交配系統(BC2)に栽培品種「さちのか」を交配してBC3系統を作出した。この交配後代を促成栽培し、花器官が正常に発生する正常株5個体と、雄蕊や花粉が発達しない形態異常株5個体、また、次いで形態異常を示す20個体について、DNA抽出用に葉をサンプリングした。まず核置換が行えていることを確認するため、野生種F.iinumae、栽培品種、正常株5個体と形態異常株5個体について既存のイチゴの葉緑体のDNA配列多型マーカーを用いて配列解析を行った。その結果、母株のF. iinumaeと同じDNA配列多型パターンを示したことから、作出したBC3系統は想定通り野生種の細胞質を持つことが確認できた。これらの系統について、次世代シーケンサー用の全ゲノムショットガンライブラリを作成し、ゲノムの40倍の重複率でシーケンス解析を行った。取得したリードを栽培イチゴのリファレンスゲノム配列とデータベース上のミトコンドリア配列にマッピングし、ゲノム上のSNPとIndelを検出し、変異箇所のリスト化を行った。今後は遺伝子発現解析により候補遺伝子の絞り込みを進める予定である。当初の計画通り、野生種F. iinumaeと栽培品種の種間雑種戻し交配系統(BC2)に栽培品種「さちのか」を交配してBC3系統を作出し、形態評価とゲノムのリシーケンスを行なった。また、これまでに構築した栽培イチゴのリファレンスゲノム配列とデータベース上のイチゴのミトコンドリア配列に対してアラインメントを行い、SNP・Indelなど変異箇所の抽出を行いリストとして整備したことから、H29年度の計画はおおむね順調に進展していると考えられる。形態評価とゲノムのリシーケンスを行なった核置換BC3系統について、これらの解析後に予期せぬ病害の発生により、多くの個体が損傷してしまった。このため、別途育成していた核置換系統のF1・BC2・BC3系統を用いて遺伝子発現解析を行い、これらの系統のゲノムリシーケンスを進め、雄蕊形態異常原因遺伝子の絞り込みを行う予定である。

このため、別途育成していた核置換系統のF1・BC2・BC3系統を用いて遺伝子発現解析を行い、これらの系統のゲノムリシーケンスを進め、雄蕊形態異常原因遺伝子の絞り込みを行う予定である。当初所内で行う計画であった核置換系統の全ゲノムリシーケンスについて、新たに次世代シーケンサーの解析コスト比較を行なったところ、外部委託の方が必要なデータ量を得るための解析を安価に抑えられることが判明し、シーケンス試薬などの購入に変えて委託費用を捻出した結果、解析費用を抑制することができた。次年度使用額については遺伝子発現解析を行う予定の新たな核置換系統のゲノムリシーケンス解析に使用する計画である。
スピン鎖が持つ自由度とその有効場理論に現れる超対称性との関係の解明

非平衡ダイナミクスにおいて可積分系に特徴的な振る舞いを明らかにするため、可積分系の保存量がもつ物理的性質について調べた。特に、近年導入されたXXZスピン鎖におけるスピン反転非対称な保存量に焦点を当てて研究を行なった。可積分系は、その緩和状態が初期状態に対する保存量の期待値で指定されることが知られている。この関係は、特にXXZスピン鎖においてその理論背景がよく理解されており、緩和状態を特徴付けるベーテ根密度をスピン反転対称な保存量の期待値で記述する関係式として知られている。この事実から、一見、スピン反転非対称な保存量はXXZスピン鎖の非平衡ダイナミクスに寄与しないように思える。しかしながら、ベーテ仮設法はXXZスピン鎖がもつZ2対称性により等価な二つのセクターのうち片方のみ記述するものであり、それがどちらであるかは系全体の磁化で決定される。実際に、全磁化を表す演算子がスピン反転非対称な保存量の特別な極限から得られることを示した。また、可積分系において特徴的な非平衡ダイナミクスに、弾道カレントが挙げられる。これは、初期状態にカレントが存在すれば、長時間経過後もカレントが存在し続けるというものである。この弾道カレントは、可積分系がもつ保存量への射影部分で与えられる。従って、カレントがスピン流のようにスピン反転対称性をもたない場合、スピン反転非対称な保存量の存在が重要になる。先行研究では、示量性をもつスピン反転非対称な保存量への射影部分が弾道的スピン流として存在することが指摘されていたが、必ずしも示量性をもたない保存量であっても、スピン反転非対称であれば弾道的スピン流に寄与する場合があることがわかった。この、熱力学的に不可解な保存量は、実はその線形結合を取ることで示量性保存量となることを示した。多状態排他過程の一種である3状態人嫌い過程について、パラメータを特殊な値に取った場合、時間的変化に対して安定な反ショック的ドメインウォールが存在することを発見した。通常の単純排他過程は1サイトに1粒子のみが存在できるが、3状態排他過程は1サイトあたり2粒子まで占有を許す確率過程である。人嫌い過程は、同じサイトを2粒子が占有する確率が低くなるよう遷移率を設定したものであり、今回は人嫌いの極限((1,1)から(0,2)、あるいは(1,1)から(2,0)への遷移率をゼロとした極限)を考えた。粒子の流れが左右対称な場合、反ショックが存在し、その幅のシステムサイズ依存性が、すでに知られている単純排他過程と異なる冪則を示すことがわかった。また、粒子の流れが一方向の場合、流体極限において計算した密度プロファイルと離散系に対して数値計算を行った結果のずれが、システムサイズに関するスケーリング関数で記述できることがわかった。これらの事実は、非平衡における系の自由度が連続系と離散系の対応に及ぼす影響の一例として興味深く、今後、理論的背景の解明が期待される結果である。さらに、高次スピンを持つ量子スピン鎖におけるスピノン励起について、一部その構造を明らかにした。スピン1/2を持つ量子スピン鎖におけるスピノン励起はSU(2)多重構造を持つが、高次スピン鎖ではそれにRestricted solid-on-solid (RSOS)の自由度が加わる。この自由度はパス空間で記述され、無限鎖ではイジング極限でのスピンの配置に対応する。スピン鎖の状態に対する超対称チャージの作用から、各固有状態がRSOSパスの線形結合で書ける可能性を示した。また、周期的境界条件下では、超対称代数のco-multiplicationに変更が必要なことがわかった。これらの結果は離散系におきて超対称性を議論する上で必要不可欠である。共同研究者との連携の関係上、課題遂行の順序が逆となったが、進行状況はおおむね順調である。多状態一次元排他過程の一種である3状態人嫌い過程について調べ,2状態の場合には現れない多状態な系特有の振る舞いが見られることを明らかにした.3状態人嫌い過程は,遷移率が特定の条件を満たすとき周期的条件下で可解であることが知られており,そのカレント-密度曲線は二つの2状態単純排他過程と一致する.両端に粒子浴を付けた場合は可解性は保たれないが,定常状態におけるカレントは勾配型であり,流体極限の存在を仮定することでフィックの法則から区分線形な密度プロファイルを得ることができる.有限系の密度プロファイルにおいて,流体極限に対する有限サイズ補正が傾きの転移点に現れることを数値的に示し,系のサイズ依存性を表すスケーリング関数を提案した.さらに,反衝撃波の存在条件である2ピークカレント-密度曲線を3状態人嫌い過程が持つことに着目し,反衝撃波の振る舞いを調べた.両端の粒子浴密度に応じてカレントは多彩な振る舞いを示し,それぞれの相での衝撃波の振る舞いが知られている.既存研究では,最大カレント相における特定のパラメータ領域で反衝撃波の速度がゼロであると主張されていたが,時間スケールを系のサイズと同程度にすることにより,同パラメータ領域においても衝撃波はゆっくりと安定な位置へ移動することを示した.また,非超対称なスピン鎖が持つ隠れた超対称性のスピノン基底上での作用を調べ,スピン鎖に対応する場の理論における超対称性と一致することを示した.非超対称なスピン鎖は隠れた超対称性を持つことが近年示されたが,保存量である超対称チャージはスピン鎖長を変化させる演算子として定義されており,従来の超対称性との関係が不明瞭であった.

真空を基底状態とするスピノン基底上での超対称チャージの作用を調べることにより,連続理論上で定義されたものと等価であることを明らかにした.当初の具体的な計画からは多少外れるものの,本課題の目標は可解モデルにおける代数表現の取り方が物理的振る舞いにどのような変化をもたらすか明らかにすることであり,昨年度の成果はその目的に適っていると判断できる.一つ目の成果である3状態人嫌い過程は,厳密には可解モデルに関する成果ではないものの,初年度導入した多状態可解確率過程と関連するモデルであり,その特徴的振る舞いを明らかにすることで可解モデルに関する知見を得ることができた.また,多状態一次元排他過程に関する文献は少なく,多状態に特有の振る舞いを明らかにしたことで確率過程分野の発展への貢献も期待できる.二つ目は可積分量子スピン鎖における隠れた超対称性に関する成果であり,スピン鎖に対して独自に導入された超対称代数生成子を従来のものと関連付けたことに意義がある.隠れた超対称性はスピン基底上でスピン鎖長を変化させるよう定義されており,従来の超対称性と整合性を持つように代数関係式が定義されている.一方,物理的な励起を記述する粒子はスピノンであり,その自由度はスピン鎖に対応する場の理論と一対一に対応している.このことから,隠れた超対称性をスピノン基底上で定式化し直すことにより場の理論における従来の超対称性との比較が可能になると考えた.結果,非超対称な量子スピン鎖に対して導入された超対称性は従来のものと等価であることがわかり,さらに,非超対称なスピン鎖に対応する場の理論が超対称性を持つ理由は,特定の長さを持つ単独のスピン鎖は超対称性を持たないが,あらゆる長さのスピン鎖が構成するヒルベルト空間全てを考えることによって初めて超対称性が出現するためであることを明らかにした.非平衡における可積分系の特徴的振る舞いを理解するため、以下の課題に取り組んだ。XXZ模型ではスピンカレントはハミルトニアンと非可換であり、保存しない。そのようなカレントが長時間平均で有限に残るか否かは興味深い問題である。可積分系は多くの保存量を持っており、それがカレントの散逸過程を制限するため、カレントが非保存な場合でも有限に残る可能性が指摘されてきた。一方、ベーテ仮設法を用いた方法では、複数の計算手法から異なる結果が得られており、スピンカレントの有無は長年の課題であった。近年、非エルミート準局所演算子を用いることで、磁場のかかっていないXXZ模型におけるスピンカレントの存在が明らかにされた。これを境界に磁場がかかった場合に拡張し、スピンカレントが存在することを示した。証明にあたり、境界磁場存在下でのXXZ模型に対し、準局所性を満たす非エルミート演算子を構成した。また、近年注目を集めている別の量子可解非平衡模型として、両端がスピン浴に接するXXZ模型について考察した。スピン浴との相互作用がLindblad型マスター方程式に従う場合、上記の準局所非エルミート演算子が定常状態を与えることが磁場のないXXZ模型に対して示されていた。本研究では、境界に磁場をかけ、その定常状態がどう変化するか調べた。結果、境界磁場がz方向以外にかかっている場合はスピン浴との相互作用を調整することにより量子状態の時間発展が不変に保たれること、およびz方向に境界磁場がかかった場合は時間発展が本質的に変化することを明らかにした。
圧縮率から見たタンパク質のコンパクトさと折りたたみ中間体の構造

本研究では、以下の3点について部分比容(v)と断熱圧縮率(β_S)の変化を測定し、蛋白質の未変形状態、変形状態および変性中間体の構造について考察した。(1)卵白リゾチームの塩酸グアニジン変性:低濃度の塩酸グアニジン存在下ではCl-イオンの結合によりvとβ_Sは減少し、未変性分子がコンパクトになる。変性状態のβ_Sは、アミノ酸残基の値に近く、分子はランダムコイルに近い状態までほどけているもとの考えられる。しかし、変性の初期段階では、二次構造の崩壊にもかかわらずコンパクトな構造を保持しており、変性の後半になってパッキング状態が大きく壊れる。これはCl-イオンの結合により、変性の中間段階まではコンパクトな構造をとっていることを示唆する。(2)チトクロムcのモルテングロビュール(MG)状態のゆらぎ:ポリオールの添加によりチトクロムcはMG状態をとることがわかった、この構造は電解質添加により形成したMG状態より大きなβ_Sを持ち、ゆらぎの大きい構造であることを示している。(3)ジヒドロ葉酸還元酵素の圧縮率に及ぼすアミノ酸置換の影響:フレキシブルループ中の67位を種々のアミノ酸に置換したところ、置換アミノ酸の疎水性が大きいものほどβ_Sは小さくなり、酵素活性は大きくなった。この結果は、構造のゆらぎが機能発現に関与することを示している。このように、圧縮率は蛋白質の未変性状態のゆらぎ、変性状態および変性中間体の構造を敏感に反映しており、蛋白質の立体構造構築原理の研究に新たな情報を提供することがわかった。
結び目の体積予想とその応用

本研究の目的は、三次元球面内の双曲結び目に対する体積予想の完全な証明と、その応用として三次元双曲多様体の変形理論に注目し、双曲構造の変形空間における無限遠点やトーラス・カスプ上の最短測地線を求める方法を開発することです。実際の成果としては、三次元双曲多様体の代表的な幾何学的不変量であるチャーン・サイモンズ不変量を、結び目の補空間に対して、結び目の図式から簡単に計算する方法の開発、5交点結び目に対する体積予想の解決(ジュネーブ大学のカシャエフ氏との共同研究)、6交点結び目に対する体積予想の解決(京都大学の大槻氏との共同研究)、トーラス・カスプの形を決定する不変量を、ジョーンズ多項式の積分表示に現れるポテンシャル関数の変形を使って簡単に求める方法の開発です。本研究の目標は、三次元球面内の双曲結び目に対する体積予想の完全な証明と、その応用として三次元双曲多様体の変形理論、あるいはデーン手術理論に注目し、双曲構造の変形空間の無限遠点や、トーラス・カスプ上の最短測地線を求める方法などを開発することです。本年度の成果としては、体積と並んで、三次元双曲多様体のもっとも基本的な幾何学的不変量であるチャーン・サイモンズ不変量の公式を発見した論文が正式に受理され、ドイツの数学研究所で開催された国際研究集会で招待講演を行い、好評を得ました。また、一般化された体積予想に対する、はじめてのサポーティング・エビデンスとなる論文も正式に受理され、すでに出版されています。また、ドイツで行われた1週間の研究集会のあと、ジュネーブ大学に2週間ほど滞在し、同大学のカシャエフ氏とともに、昔年の課題である、ツイスト結び目とよばれる結び目族に対する体積予想の厳密な証明に関する共同研究を行い、技術的な問題をほぼクリアできました。来年度の研究で論文としてまとめ、研究発表したいと思います。また、6月に大阪大学で開催された研究集会では、上記の諸理論の基礎となる、結び目の補空間の四面体分割の理論全般に関して、集中的な解説を行い、ソフトウェア開発の専門家と、結び目の補空間の四面体分割に関する研究支援ソフトの開発の可能性について、活発な情報交換を行いました。本研究の目標は、三次元球面内の双曲結び目に対する体積予想の完全な証明と、その応用として三次元多様体の変形理論、あるいはデーン手術理論に注目し、双曲構造の変形空間の無限遠点や、トーラス・カスプ上の最短測地線を求める方法などを開発することです。体積予想の解決に向けた本年度の成果としては、ジュネーブ大学のカシャエフ氏との共同研究で、5交点結び目の体積予想の証明が完成したことと、京都大学の大槻氏との共同研究で、6交点結び目の体積予想の証明が完成したことで、現在のところ、どちらもプレプリントの形にこぎつけています。また、ツイスト結び目と呼ばれる双曲結び目の無限族に対して、ジョーンズ多項式の積分表示における主要部を鞍点法を用いて解析する方法を開発し、昨年5月に京都大学で開催された、「Intelligence of Low-dimensional Topology」にて招待講演を行いました。鞍点法の問題点をクリアしたこれらの結果は、体積予想の解決への大きな一歩となるでしょう。さらに、体積予想の応用面では、トーラス・カスプの形を決める不変量を、体積予想の研究で登場するポテンシャル関数から簡単に求める方法を開発しました。

これは、デーン手術理論への応用や、ジョーンズ多項式の高次の漸近展開に現れる量の幾何的な意味を解析するうえでも重要で、チャーン・サイモンズ不変量やライデマイスター・トーションなどへの応用を含め、今年8月にドイツの数学研究所で開催されるワークショップで発表する予定です。
流体音響理論を用いたエアリード楽器の解析

音場と流体場の相互作用の解析を行い、Howeによって提案された理論を用い音と流れの相互作用によるエネルギーの変換を数値的に評価する手法を開発した。楽器の2Dモデルに適用しHoweの評価式を数値的に計算することに成功した。この結果は、他の研究者が実験に置いてHoweの評価式を計算したものと良い一致を示し、楽器の歌口のどの部分が主な音源になっているかが明らかになった。また、圧縮流体と非圧縮流体におけるLighthillの音源分布を比較検討し、それらの間には定性的にも定量的にも違いがでることを見つけた。これは、従来の非圧縮流体を用いた近似計算では不十分であることを示唆する。平成24年度の研究実績の概要は以下の通りである。1)分離解法を用いた遠方音場の再現の課題では、分離解法を用いてLighthillの音源分布から遠方音場の再現を目指すために必要な音響ソルバーの開発を行い、単純な音源からの音波は再現されることを確認した。現在、流体ソルバーから音響ソルバーへのマッピング方法を検討中である。2)音場と流体場の相互作用の解析の課題では、Howeによって提案された音と流れのエネルギー交換を記述する理論(Howe's energy corollary)を数値計算によって具体的に評価する方法を提案した。そのためには、音場と流体場を分離する方法を開発する必要がある。そこで、音場を近似的に再現する方法を開発し、これと流体場のデータを用いHoweの評価式を計算するアルゴリズムを開発し、楽器モデルよりも計算が容易な流体騒音モデルに適用し、音の発生を示すデータを得ることに成功した。より複雑な楽器モデルでの計算は現在検討中である。また、より精密な計算のために、遠方音場の再現の課題で開発した音響ソルバーを用いて分離された音場を再現することを検討している。3)音孔の開閉に伴う音高の変化の再現の課題では、パッドのついた音孔モデルを用いて、パッドと音孔の距離を変えたときの発振特性を再現し、先行研究の実験結果を定性的にではあるが再現することに成功した。音孔近傍では、音波がエッジに衝突することで再び流体現象である渦に変化することが起き、楽器の発振の不安定化や異音の原因となる。流体音と乱流の相互作用の課題で開発したHowe's energycorollaryのアルゴリズムを用いて具体的に音波と流体のエネルギーのやり取りを計算することを検討している。また、前年度開発した移動境界ソルバーを用いて音孔の開閉を再現し、音高が遷移するときの流体と音場の変化の解析を行う予定である。期間を通しての本研究の成果は以下の通りである。1)音場と流体場の相互作用の解析では、音と流れの相互作用によるエネルギーの変換を数値的に評価する手法を開発した。これは、Howeによって提案された理論(Howe's energy corollary)に基づくもので、Howeの評価式を具体的に計算するためには、音場を流体場から分離する必要がある。我々は、近似的に音場を再現する手法を開発し、最終年度では、楽器の2Dモデルに適用しHoweの評価式を数値的に計算することに成功した。この結果は、他の研究者が実験に置いてHoweの評価式を計算したものと良い一致を示し、楽器の歌口のどの部分が主な音源になっているかを明らかにすることに成功した。2)音孔の開閉に伴う音高の変化の課題では、パッドのついた音孔モデルを用いて、パッドと音孔の距離を変えた時の発振状態を再現し、先行研究の実験結果を定性的にではあるが再現することに成功した。最終年度には、3次元のモデルの解析を行い、音波が音孔とパッドの狭い隙間を通るときに、流体的な渦に変化する様子を再現することに成功した。発生した渦からは再び流体音(ノイズ)が発生していると考えられる。これは、楽器の設計のときに問題になる異音の発生を捉えたものと考えられる。3)分離解法を用いた遠方場の再現の課題では、Lighthillの音源分布から遠方場を再現するのに必要な音響ソルバーの開発を行い、単純な音源からの音波を再現することに成功した。最終年度では、エッジトーンのモデルを用いて、圧縮流体と非圧縮流体におけるLighthillの音源分布を比較検討し、圧縮流体と非圧縮流体では定性的にも定量的にも違いがでることを見つけた。これは、従来の非圧縮流体を用いた音源の再現では不十分であることを示唆する。平成23年度は、主に、1)流体音源の分布と音と流れの相互作用の解析、2)Lighthillの理論とHoweの渦音理論の比較検討、3)音高の変化の再現のための移動境界問題のプログラムの開発、以上3つの課題に取り組んだ。

流体音源の分布と音と流れの相互作用の解析の課題では、圧縮性LESを用いて2次元及び3次元エアリード楽器の流れ場と音場を同時に再現し、流れ場の分布からLighthillの理論を用いて音源分布を求めた。数値計算上の制約の為に、我々の3次元モデルは、2枚の平行な板の間に挟まれた準2次元モデルであり、流体的には3次元的に振る舞い、音響的には2次元的に振る舞う。解析の結果、2次元モデルでもジェットの流速に対する発振周波数の関係、特に、特定の流速領域における共鳴発振状態を再現可能であることが分かった。しかし、2次元楽器は3次元楽器に比べて発振が不安定になる。これは、2次元では、ジェットがエッジに衝突して出来る渦が長時間安定に存在し、それらの不規則な運動がジェットや管体内の音場を擾乱するためである。一方、3次元モデルでは渦がすぐに消失するので安定である。しかし、3次元モデルでも、本物の楽器に比べ管体内の共鳴音場が小さくなる。これは、開口端の反射率が準2次元モデルでは3次元楽器よりも小さくなり、強い共鳴状態が作れなくなるためである。Lighthillの理論とHoweの渦音理論の比較検討の課題では、Howeの渦音源分布とLighthillの音源分布を比較検討した結果、分離解法を用いた遠方音場の再現には、Lighthillの分布の方が、数値的な取り扱いにおいて容易であるとの結論を得た。音高の変化の再現のための移動境界問題のプログラムの開発の課題では、移動境界問題のスキームを開発し、管体長の変化に伴う音高の変化を再現することに成功した。当初の研究計画では、以下の3つの課題、1)分離解法を用いた遠方音場の再現の課題、2)流体音と乱流の統計理論の関連の課題、3)音孔の開閉に伴う音高の変化の再現の課題、を挙げていた。研究実績の概要で述べたように、1)と3)の課題については、当初の予定よりも若干遅れ気味ではあるが、概ね順調に進展している。2)流体音と乱流の統計理論の関連の課題では、当初、音と流れの相互作用が起きるエネルギースペクトル領域を主な課題とし、Howe's energy corollaryの計算を発展課題としていたが、検討の結果、Howe's energy corollaryを用いた解析を優先した方がより効果的であることが分かり、課題を音場と流体場の相互作用の解析と変更した。その結果、Howeの理論的評価式を計算する方法を開発することに成功し、楽器モデルよりも計算が容易な流体騒音モデルに適用し、音の発生を示すデータを計算することに成功した。以上の結果より、当初の予定から若干の方向修正はあるが、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。当初予定していた平成23年度の3つの課題、1)流体音源の分布と音と流れの相互作用の解析、2)Lighthillの音響的類推とHoweの渦音理論の比較検討、3)音高の変化の再現のための移動境界問題のプログラムの開発を、ほぼ達成したため。平成24年度の3つの課題、1)分離解法を用いた遠方音場の再現、2)音場と流体場の相互作用の解析、3)音孔の開閉に伴う音高の変化の再現、を継続発展させ、全体として統一的な成果が得られるように努力する。各課題の研究方針は以下の通りである。1)分離解法を用いた遠方音場の再現の課題では、Lighthillの音源分布を音響ソルバーにマッピングする方法を開発し、遠方音場の再現を目指す。
抗精神病作用を示すヒルスチンとその生体内代謝物の活性発現メカニズムの解明

釣藤鉤のアルカロイド成分・ヒルスチンは、マウスのアポモルヒネ誘発異常行動及びMK-801による自発運動量の増加作用を減少させた。また、ヒルスチンはシグマ-1、D_2、5-HT_<2A>受容体への結合親和性を示した。しかし、シグマ-2、D_1、NMDA、GABA、ベンゾジアゼピン受容体に対しては結合親和性を示さなかった。これらの結果から、ヒルスチンの抗精神病活性はシグマ-1、D_2、5-HT_<2A>受容体を介して発現していると考えられた。生薬「釣藤鉤」の主アルカロイド成分であるhirsutine(HS)の生体内代謝物11-glucuronylhirsutine (GHS)は脳室内投与において、アポモルヒネ誘発マウスの異常行動を抑制する。本実験ではHSのもう一つの代謝物11-hydroxyhirsutine (11-OH-HS)の異常行動抑制効果を同動物モデルにより評価した。結果、11-OH-HSには有意な抑制効果はみられなかった。よって活性発現メカニズムの解明にはGHSを用いることにした。異常行動抑制作用にはドパミン及びグルタミン酸神経系が関与しているので、これら神経系に関与する受容体へのGHSの結合能について検討を行った。ラットの脳から調製したドパミン(D_2)、グルタミン酸(NMDA及びカイニン酸)及びシグマ受容体膜画分と各受容体に対するRIリガンドを用いた受容体結合置換実験により、GHSはいずれの受容体に対しても親和性を示さないことが明らかになった。また、GHSによる脳内のドパミン代謝回転の変化についても検討した。アポモルヒネを投与したマウスのドパミン神経系では、シナプス後膜側のドパミン受容体の活性化により前膜側へとネガティブフィードバックが起こり、ドパミン代謝回転が低下する。異常行動を抑制するドパミンD_2受容体阻害薬はシナプス後膜の受容体を阻害するため、アポモルヒネによるネガティブフィードバックが起きず、ドパミン代謝回転は低下しない。今回の実験においても典型的な抗精神病薬のハロペリドール(D_2アンタゴニスト)を投与したマウスでは、アポモルヒネによる脳内ドパミン代謝回転の低下は起きなかった。しかし、GHSを投与したマウスのドパミン代謝回転はアポモルヒネにより低下した。この様に、GHSの異常行動抑制効果はドパミンD_2受容体を介した作用ではないことが明らかになった。病態モデルマウスにおいて、抗精神病様効果を示すことが確認されたhirsutineとその生体内代謝物である11-hydroxyhirsutine及び11-glucuronylhirsutineの作用メカニズムについて検討を行った。ラットまたはモルモットの脳からドパミン(D)、セロトニン(5-HT)、シグマ(σ)、グルタミン酸及びGABA受容体膜画分を調整した。調整した受容体に対するRIリガンドと、hirsutine及びその生体内代謝物との受容体結合置換実験を行った結果、hirsutineはD_2、5-HT_<2A>、及びσ_1受容体に対して結合親和性を示すことが明らかになった。11-Hydroxyhirsutineは、D_2受容体に対する結合能を示さない以外、ほぼhirsutineと同様の受容体結合親和性を示した。一方、11-glucuronylhirsutineは今回検討を行った受容体とはいずれも親和性を示さなかった。Hirsutine及び11-hydroxyhirsutineのσ_1受容体に対する親和性は、σ_1のアンタゴニストとされているrimcazoleとほぼ同等であった。Rimcazoleは抗精神病作用を示すことが報告されていることから、hirsutineの抗精神病効果も同様にσ_1受容体を介して発現していると考えられた。σ_1リガンドは次世代型抗精神病薬と期待されている。しかし、未だ臨床応用には至っていない理由の一つには、リガンド情報が不足していることが挙げられる。Hirsutineは現在臨床使われている生薬由来の成分であることから、毒性を発現しないタイプのσ_1リガンドであると期待できる。Hirsutine及びその生体内代謝物の11-hydroxyhirsutineがσ_1リガンドであることを示した本研究結果は、次世代型抗精神病薬の開発に向けての有用な情報となると思われる。統合失調症における陽性症状は、中脳辺縁系のドパミン(DA)機能の亢進が関与している。本研究では、ヒルスチン投与後の脳内DA及びその代謝物(DOPAC, HVA)をHPLCで定量、代謝回転(DOPAC/DA, HVA/DA)を比較することで、DA神経伝達におけるヒルスチンの効果について検討した。ヒルスチン単独投与は、正常マウスのDA代謝回転を変化させなかった。しかし、アポモルヒネ投与により強制的にDA代謝回転を抑制させたマウスへのヒルスチンの投与は、代謝回転の脱抑制作用を示した。

アポモルヒネはシナプス後膜側のD_2受容体に作用し、DA神経のフィードバック機能を亢進させることで、DA代謝回転を抑制する。昨年度の研究によりヒルスチンには、マイルドなD_2受容体阻害作用あることが分かっている。従って、ヒルスチンはアポモルヒネのD_2受容体へ作用を阻害することで、DA神経のフィードバック機能の亢進を抑制すると考えられた。一方、NMDA受容体の阻害薬であるMK-801は脳内のDA代謝回転比を亢進させる。これはMK-801がシナプス前膜からのDA遊離を促進するからである。ヒルスチンはこのDA遊離亢進作用に対して抑制する傾向を示した。また、ヒルスチンはσ_1アンタゴニストのリムカゾールと同様に、MK-801により誘発されるマウスの自発運動量の低下を回復させることが明らかになった。従って、ヒルスチンはMK-801によるDA遊離作用をσ_1受容体を介して抑制すると考えられた。以上のように、亢進あるいは抑制されたDA神経伝達はヒルスチンの投与により正常化することが確認できた。この作用にはヒルスチンのD_2受容体関連シグナルの抑制、及びσ_1受容体を介したDA遊離の抑制効果が関与していると推測される。そしてこの様なDA神経伝達の正常化がヒルスチンの抗精神病作用に関係する主たる作用機序であると考えられる。
日本舞踊を教材とした「日本の伝統・文化」の理解教育に関する教員研修プログラム開発

本研究は、国際社会に生きる日本人として、多様な文化を尊重できる態度や資質を育む教育を推進するための教員の資質・能力の形成を目指して、「日本の伝統・文化」の理解教育の推進を図るものである。具体的には、「日本の伝統・文化」の理解教育に関する教員研修プログラムについて開発を試み、日本舞踊を教材とした試案を作成した。そして、本研究者自身が、その試案を実施して、その結果について実践的に検証を試みた。本研究は、国際社会に生きる日本人として、多様な文化を尊重できる態度や資質を育む教育を推進することができる教員の資質・能力の形成を目指して、「日本の伝統・文化」の理解教育を推進する教員研修プログラムについて、日本舞踊を教材とした試案を作成し、実践的にを試みるものである。本年度は、初年度として、教員研修プログラムの原案作成のために、「日本の伝統・文化」理解教育、「日本舞踊」とその教育に関する実践・資料等を、フィールドワーク・インタビューを含めて収集し、整理・検討した。その主な結果をまとめると、次のようであった。「日本の伝統・文化」の理解教育に関して「日本の伝統・文化」に関する学習指導を実施している学校の実践報告を収集した。例えば、東広島市の小・中学校では、杖道、茶道、尺八・琴の授業実践、蔵人を表現したオペラ等の実践が公開されている。また、日本舞踊研究の基となる舞踊研究について概括すると、西欧を起源とする舞踊や学校教育におけるダンスに関する研究は数多くみられた。そして、「日本舞踊」とその教育に関する実践的な研究に関しては、数少なかった。しかし、近年、モーションキャプチャーを用いた工学的な日本舞踊の動作分析が始められており、それらの研究の概要について確認することができた。このような実践報告や研究手法の資料収集により、今後の日本舞踊を教材とした「日本の伝統・文化」の理解教育を推進する教員研修プログラム開発の基礎となる貴重な資料を検討することができた。本研究は、国際社会に生きる日本人として、多様な文化を尊重できる態度や資質を育む教育を推進するための教員の資質・能力の形成を目指して、「日本の伝統・文化」の理解教育を推進する教員研修プログラムについて、日本舞踊を教材とした試案を作成し、実践的に検証を試みるものである。まず、初年度に「日本の伝統・文化」や日本舞踊に関連する実践・研究資料を収集し、近年注目を浴びている高額な機器装置であるモーションキャプチャーを用いた工学的な動作解析を応用すれば、日本舞踊の基本動作の分析が可能であるという示唆を得た。しかし、本研究では、その目的が学校教育における教材を中心にしていることから、工学的分析というよりはむしろ、教育的な見地から、知識・理解を深めるための所作資料の追加が必要と考えた。そこで本年度は、日本舞踊の基本的な所作を取り上げ、熟練者を対象として、動作の運動学的なメカニズムを検討することとした。具体的には、動作のフォーム観察のため、動作解析LANカメラシステムを用いて、被験者の計測部位にマーカーを貼り付け、被験者の前方と左右側方より撮影・記録し、そのビデオ画像のフレーム毎の動作を3次元解析して、動作情報の収集を行った。その結果、まず日本舞踊の基本的な所作である「お辞儀、蹲踞」では、腹部の屈曲によりマーカーの可視範囲が限定され、今回の解析装置・方法では十分な情報が得られなかった。一方、同じく日本舞踊の基本的な所作である「足の運び」(女歩き)に、上半身の振りを伴う簡単な身体動作を観察したところ、計測部位などによるスティックピクチャー、重心位置、関節角度や速度などの動作分析が可能であった。その特徴として、動作のぶれが少なく、重心を低く保った「腰を入れる」動作に依拠していることが明らかになった。以上の結果は、日本舞踊を教材とする試案作成に生かされるものと期待される。本年度は、最終年度として、前年度までに得られた日本舞踊に関連する実践・研究資料、「日本の伝統・文化」やその理解教育に関する実践・研究資料、さらにそれらの教員研修プログラムやその開発に関する実践・研究資料、日本舞踊の基本的な所作に関する研究資料等を総合的に検討した。そして、それらを総括して、日本舞踊を教材とした「日本の伝統・文化」の理解教育に関する教員研修プログラムとして開発した試案を作成し、本研究者がその実践を試みた結果について、検討した。具体的には、その教員研修プログラム試案のプロダクトとして、受講者の自由記述による回答などを交えて、本研究者による和文化の求道者としての体験的な省察を交えながら、総合的に学習の成果を検討した。なお、これらの研究成果については、学会で発表したり、論文として投稿したりした。

本研究で取り上げる日本舞踊を教材とした「日本の伝統・文化」の理解教育や、それに関する教員研修プログラム開発は、その文化的な内容に加えて、その教育方法論そのものも重要であり、今後の他文化共生社会をみすえた日本の学校教育における価値ある教育に寄与すると考えられる。
抗酸化剤添加が人工関節ポリエチレンの分子構造と力学特性に与える影響の解明

ビタミンE(Vit-E)は、人工股関節用高度架橋ポリエチレン(XLPE)の強力な抗酸化剤である。本研究では、XLPE寛骨臼ライナーにおけるVit-Eの力学的役割を分子スケールで解明することを試みた。Vit-E非混合および混合型ライナーの比較から、架橋構造下であってもVit-Eが存在すれば、ポリエチレン分子鎖の流動性が促進され、摺動面の異方性が有意に高まることが示された。抗酸化Vit-E混合に伴う上記の側面から、ひずみ軟化現象によるマイクロメカニカル摩耗を増加させる可能性が示唆された。しかしながら、分子の動きをより厳密に制御することで耐摩耗性をさらに向上することができると考えられた。本研究では、抗酸化ビタミンE混合および非混合高架橋超高分子量ポリエチレン(HXLPE)人工股関節ライナーの微細構造(相分率、分子配向)を詳細に比較分析し、ビタミンE混合が構造に与える影響および摩耗・クリープ特性に与える影響に関して検討する。さらに一軸圧縮試験および人工股関節シミュレーション試験後の微細構造の推移を共焦点/偏光ラマン分光分析を用いて追跡調査する。特に3次元分子配列の観点から長期耐用実現のカギとなる最適な分子構造設計を解明し、次世代の抗酸化摺動面材料開発への足掛かりとするのが目的である。平成27年度より本研究では、非破壊分析法として知られる共焦点ラマン分光を用い、ビタミンE混合および非混合HXLPEライナー(n=各3)の相分率(結晶化度,非結晶化度)をライナー表層から深層にかけて計測した。結晶化度は材料強度と非常に関連の深い重要な構造因子であるが、両ライナーにて摺動面からの深さに依存した傾斜的変化を確認した。特に表層100μmでは結晶化度の減少が見られたが、これは製造時の切削・研磨の影響であると推察された。またビタミンE混合材料では非混合材料に比べて深層結晶化度が低いことから、ビタミンEの存在が結晶化を阻害する可能性が示唆された。さらに非結晶相は、アモルファス相と、結晶ーアモルファスの中間相(第三相)から構成されるが、ビタミンE混合は、アモルファス分率を増加させ、中間相を減少させる傾向が観察された。アモルファス相の増加は、インプラント荷重時に圧縮変形を促進させる可能性があり、次年度以降は相分率のみならず分子配向性も考慮した偏光ラマン解析を実施し、両材料の塑性変形前後での構造変化を分子レベルで調査する予定である。共焦点ラマン分光法を用いた抗酸化ビタミンE混合および非混合高架橋超高分子量ポリエチレン(HXLPE)人工股関節ライナーにおける詳細な相分率(結晶・アモルファス・中間相分率)解析が終了しているため、当初予定通りに問題なく進行していると考えられる。本研究では、ビタミンE混合および非混合型高度架橋超高分子量ポリエチレン人工股関節ライナーの微細構造を詳細に比較分析し、抗酸化剤ビタミンEの添加が構造に与える影響および摩耗・クリープ特性に与える影響に関して検討を行い、長期耐用実現のカギとなる最適な分子構造設計を解明し、次世代の抗酸化摺動面材料開発への足掛かりとするのが目的である。今年度は、各ライナーサンプルに対して、10%の一軸性圧縮試験後の相分率および分子配向度の変化を共焦点/偏光ラマン分光を用い分析した。未使用段階から両ライナーでは偏光ラマン強度が角度依存的変化を示したことから、結晶/分子配向を有していることが示唆された。さらにビタミンE混合型ライナーにおいては圧縮変形後に、ラマン強度の角度依存性が著しく増加したことから、摺動面の配向度増加が示唆された。一方、非混合型ライナーでは圧縮変形後に結晶化度の著明な増加が確認された。以上の知見から、ポリエチレン中のビタミンEの有無により、外力に対する分子構造の応答は大きく変化する可能性があると考えられた。現在は、数学解析による各構造パラメータの定量化を実施している。最終年度では、摩耗試験後の構造評価も実施し、ビタミンEの存在自体がポリエチレン分子の流動性およびin-vivoでの摩耗・力学特性にどのような影響を与えるか考察する。共焦点ラマン分光法を用いた抗酸化ビタミンE混合および非混合高架橋超高分子量ポリエチレン(HXLPE)人工股関節ライナーにおける塑性変形前後での詳細な相分率(結晶・アモルファス・中間相分率)および分子配向度に関するラマン分光計測がおおむね終了しているため、当初予定通りに問題なく進行していると考えられる。本研究では、抗酸化ビタミンE添加(混合)及び無添加高度架橋超高分子量ポリエチレン(HXLPE)人工股関節ライナーの微細構造(相分率、分子配向)を比較分析し、ビタミンEの存在によって外部応力に対する材料の力学的応答性がどのように変化するのかを検証することが目的であった。なお両材料の架橋密度には有意差が無いことをゲル分率評価から予め確認している。微細構造は、共焦点偏光ラマン分光法と方位分布関数を導入した数式アルゴリズムを用いて非破壊分析した。一軸性圧縮歪み試験は、アーチファクトが最も少ないため、上述の構造変化の検証において最適な荷重モードであると考え、各試料に10%の圧縮ひずみを負荷した。変形前後での結晶化度を比較したところ、ビタミンE無添加HXLPEでは、摺動面表層付近にて有意な結晶化度の増大を認めた。これは、主に準結晶相(第三相)が外部応力の作用によって結晶化したことが原因であった。

一方、ビタミンE無添加HXLPEでは、変形前後で結晶化度の増大に有意差はなく、準結晶相の有意な増大を認めた。さらに非晶(アモルファス)相の有意な減少が認められたことから、ビタミンEの存在下では完全な結晶化が阻害され、変形を受けた非晶相は準結晶へと変化することが確認された。非晶相は通常、弾性的挙動を示すため、除荷後に構造が復元し、相分率が変化しないと考えられていたが、ビタミンE存在下では同相が塑性的挙動を示すことが分かった。さらに表層付近の構造異方性に関して、ビタミンE無添加HXLPEでは結晶配向度に有意な差は認められず、またビタミンE添加HXLPEでは結晶配向度の有意な増大を認めた。上記のことから、HXLPE内にビタミンEを混合することは、分子流動性を増加させ、荷重変形時に構造異方性を高めることから、股関節ライナーでの使用においては耐摩耗性に影響を及ぼす可能性があると考えられた。ビタミンE(Vit-E)は、人工股関節用高度架橋ポリエチレン(XLPE)の強力な抗酸化剤である。本研究では、XLPE寛骨臼ライナーにおけるVit-Eの力学的役割を分子スケールで解明することを試みた。Vit-E非混合および混合型ライナーの比較から、架橋構造下であってもVit-Eが存在すれば、ポリエチレン分子鎖の流動性が促進され、摺動面の異方性が有意に高まることが示された。抗酸化Vit-E混合に伴う上記の側面から、ひずみ軟化現象によるマイクロメカニカル摩耗を増加させる可能性が示唆された。しかしながら、分子の動きをより厳密に制御することで耐摩耗性をさらに向上することができると考えられた。現在は、初年度に解析した各ライナーに対して、約10%の圧縮塑性変形を与え、歪負荷後の相分率および分子配向度の計測を、共焦点顕微ラマン分光法を用いて行っている。一定の変化が得られなければ、データの信頼性向上を目的として、必要に応じて実験サンプル数を増やした追加試験を行う予定である。現在は、各股関節ライナーにおける10%圧縮変形前後の偏光ラマンスペクトルに対して、カーブフィッティング解析を施行し、得られたスペクトルパラメーターから相分率や分子配向度の算出を行っている。解析は摺動面表層から深部数百ミクロンまで実施する。今後は、解析した構造データから、高度架橋ポリエチレン内におけるビタミンE添加の影響、特に分子流動や変形に対する力学的応答性などへの影響について科学的理解を深めていく。さらに摩耗試験後のライナーに対しても同様の評価を実施し、より生体に則した条件における微細構造の推移を観察し、実質的な耐用評価を試みる予定である。整形外科学次年度使用額が生じた理由は下記の2点が挙げられる;(1)最終年度の消耗品購入に多くの予算が必要になることが想定されるため;(2)国内外への学会参加を本事業実施の途中年度では控えているため(信頼性の高いまとまった研究成果として最終年度で国内外の学会で発表することを希望しているため)次年度使用額が生じた理由は下記の2点が挙げられる;(1)最終年度の消耗品購入に多くの予算が必要になることが想定されるため;(2)国内外への学会参加を本事業実施の途中年度では控えているため(信頼性の高いまとまった研究成果として最終年度で国内外の学会で発表することを希望しているため)レーザーや光学フィルターなどの高価な消耗品に使用する。精力的に国内外の学会で本事業成果を発表する。
有機無機複合体における励起エネルギーの緩和過程

ゾル-ゲル法は,低温で無機非晶体を作成できることから,従来にない有機無機複合体の合成方法として注目されている.その複合体中の有機物質の電子構造に着目したもので,(1)有機分子として,媒質に敏感であるポリフェニール(PP)系分子のpーターフェニル(TP)を用い,それをガラス中に分散させる合成条件を検討した.そして,(2)その有機分子の電子構造に関する知見を得るため分光法による測定を行い解析した。(1)ゾル-ゲル法による試料作成は,原料の混合比によってゲル化の速度が異なる,反応速度のコントロールが比較的難しいため困難が多い.今回,ピンホール法の開発により安定な作成が可能になった.有機分子はエタノール液中に溶解させ,ゲルガラスに分散させるが,その量が10^<-2>mol/l以上ではゲルガラスが白濁し,有機分子が凝集することが分かった.また,(2)出発溶液の含まれている酸の影響は,吸収・蛍光スペクトルの測定からは見られなかったが,ゾル-ゲル法で作成した非晶質固体は,室温で乾燥させただけでは水分やエタノールや未反応のアルコキシド基が残っており,そのため吸光度は著しく小さかった.そこで,良好なゲルガラスを得るには、温度60°C、湿度50%で20日間程度の乾燥が必要なことが分かった.次に,これらの分子の励起三重項状態からの発光は,その減衰時間が長いため分子周囲の環境の影響を受けやすい.そこで,パルス光励起による遅延蛍光の減衰を観測するシステムを構築し,測定した.TP分子からの発光の減衰曲線は複雑な減衰をしている.解析の結果,ガラス中ではTP分子が100Å以上の距離を離れて分散しているにもかかわらず、励起エネルギーが分子間を移動し蛍光が減衰する三重項-三重項消滅のモデルで説明できた.ゾル-ゲル法は,低温で無機非晶体を作成できることから,従来にない有機無機複合体の合成方法として注目されている.その複合体中の有機物質の電子構造に着目したもので,(1)有機分子として,媒質に敏感であるポリフェニール(PP)系分子のpーターフェニル(TP)を用い,それをガラス中に分散させる合成条件を検討した.そして,(2)その有機分子の電子構造に関する知見を得るため分光法による測定を行い解析した。(1)ゾル-ゲル法による試料作成は,原料の混合比によってゲル化の速度が異なる,反応速度のコントロールが比較的難しいため困難が多い.今回,ピンホール法の開発により安定な作成が可能になった.有機分子はエタノール液中に溶解させ,ゲルガラスに分散させるが,その量が10^<-2>mol/l以上ではゲルガラスが白濁し,有機分子が凝集することが分かった.また,(2)出発溶液の含まれている酸の影響は,吸収・蛍光スペクトルの測定からは見られなかったが,ゾル-ゲル法で作成した非晶質固体は,室温で乾燥させただけでは水分やエタノールや未反応のアルコキシド基が残っており,そのため吸光度は著しく小さかった.そこで,良好なゲルガラスを得るには、温度60°C、湿度50%で20日間程度の乾燥が必要なことが分かった.次に,これらの分子の励起三重項状態からの発光は,その減衰時間が長いため分子周囲の環境の影響を受けやすい.そこで,パルス光励起による遅延蛍光の減衰を観測するシステムを構築し,測定した.TP分子からの発光の減衰曲線は複雑な減衰をしている.解析の結果,ガラス中ではTP分子が100Å以上の距離を離れて分散しているにもかかわらず、励起エネルギーが分子間を移動し蛍光が減衰する三重項-三重項消滅のモデルで説明できた.本研究は、有機無機複合体における分子レベルの電子構造に着目したもので、(1)媒質に敏感であるポリフェニール(PP)系分子をゾル-ゲル法によりガラス中に分散させ、(2)その有機分子の電子構造に関する知見を得るため分光法による測定を行い解析した。さらに、ガラス中との比較のため、(3)PP系分子の一つであるp-クォタ-フェニル結晶の分光測定の実験を行い、結晶中での分子の捻れ運動について知見を得た。(1)無機ガラスの低温による合成は、ゾル-ゲル法により可能であるが、ガラスには出発溶液に含まれているアルコール、酸や水等が残っている可能性がある。そこで、ガラスとクマリン色素の複合体を作成し、残留物の吸収・蛍光への影響を調べた。その結果、作成したゲルガラスを温度60°C、湿度50%で2週間ほどの乾燥により、残留物が殆どない良好な有機無機複合体の作成ができた。つぎに、(2)クマリンとの複合体を作成するのと同様な手順でpーターフェニル(TP)分子とガラスとの複合体を作成した。ガラス中に10^<-6>mol/lを含むTP分子の吸収は、ピーク波長が280nmにあり、その形はアルコール中のスペクトルと同じであった。しかし、10^<-4>mol/lでは、吸収のピーク波長は302nmにシフトしており、結晶で観測されている吸収ピーク波長より更に長波長側にシフトしている。また、発光スペクトルは構造のないブロードな波形で、TP分子の濃度によって変化せず、ピーク波長を340nmにある。溶液中や結晶状態では、PP系分子の励起状態の分子は平面構造をとり、そのため蛍光スペクトルには振動構造が現れる。この違いは、ガラスとの相互作用によってTP分子の電子状態が変化したのか、分子の捻れ運動の回転傷害によるのか、今後温度変化やドープする分子等を変えて実験する必要がある。

本研究は、無機非晶質マトリックス中に有機分子を分散させた複合体の、その有機分子の電子構造に着目したもので、(1)有機分子としては、これまで我々が研究してきたパラーターフェニル(TP)分子を選び、ゾル-ゲル法によりシリカガラスとのバルグ複合体の合成条件を検討した。さらに、ディップコーティング法により薄膜の作成を試みた。そして、(2)その合成試料の励起エネルギーの緩和過程を調べた。(1)昨年度の成果をもとに原料配合比、溶液のpHを決め、バルク複合体試料を合成した。しかし、不十分な熱処理では試料中に未反応のアルコキシド基や水分、アルコールが残る。そのような残留物に対して、TP分子の吸収や発光強度が大きく変化することが分かった。この結果から、試料の大きさに応じて熱処理温度とその時間が決定できた。また、薄膜の合成では、ガラス基盤上に複合体を成膜した。その薄膜は、吸収測定が可能な厚さではあったが、蛍光測定には十分ではなく、今後多数回繰り返し、所定の厚さの薄膜を合成する条件を更に検討する必要がある。つぎに、(2)有機分子の励起三重項状態からの発光は、その減衰時間が長いため、分子周囲の環境に影響を受けやすい。そこでパルス光励起による遅延蛍光の減衰を観測するシステムを構築し、バルク体のそれを測定した。その結果、ガラス中ではTP分子が100Å以上の距離を離れて分散しているにもかかわらず、励起エネルギーが分子間を移動し蛍光が減衰する三重項-三重項消滅のモデルで説明できた。本研究は、無機非晶質マトリックス中に有機分子を分散させた複合体の、その有機分子の電子構造に着目したもので、(1)有機分子としては、パラーターフェニル(TP)分子を選びゾル-ゲル法によりシリカガラス中に分散されたTP分子の吸収・発光スペクトルと熱処理の関係を検討した。さらに、(2)その合成試料の励起エネルギーの緩和過程を調べた。(1)ゾル-ゲル法による試料作成は,反応速度のコントロールが比較的難しいため困難が多い。今回,ピンホール法の開発により安定な作成が可能になった。作成後のゲルガラス中のTP分子の吸光度は著しく小さく,また,蛍光スペクトルのピーク波長はエタノール溶液中より,約200Aの長波長側にシフトしている。この原因として,触媒として用いた,塩酸の影響が考えられるが,塩酸濃度を変えても大きな変化はなかった。このゲルガラスの密度は約1.6g/cm^3と通常のガラスより小さく,通常の無機ガラスに近づけるには熱処理を必要とする。吸収強度は,熱処理温度の上昇と共に大きくなり,約120度の処理温度で強度が最大を示し,それ以上では強度が小さくなった。また,蛍光スペクトルは,熱処理温度の上昇すると共に,スペクトルはブルーシフトし,130°Cの熱処理でその強度が最大になりほぼエタノール溶液中と同じスペクトルを示す。このことから,ゲルガラス中の未反応のアルコキシド基が有機分子の吸収発光に大きく作用していることが分かる。また,120°C以上の熱処理ではPT分子は熱分解することが分かった。つぎに、(2)有機分子の励起三重項状態からの励起エネルギーの緩和過程と熱処理温度の関係を知るため,パルス光励起による遅延蛍光の減衰を観測した。