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量子可積分系における物理量の代数的構造

昨年度の研究では、disorderパラメータの入ったXXZ模型における相関関数の代数的表示式を構成した。この表示式は、反可換な二つの作用素により記述される。これらの作用素は、XXZ模型における局所作用素全体のなす空間に作用するが、その性質を調べることにより、消滅演算子として働いている。今年度の研究では、これらに対応する生成演算子の働きをする作用素の構成に成功した。上で述べた生成・消滅演算子は以下のようにして構成される。量子代数Uq(sl_2)の2次元表現とq-oscillator表現のテンソル積をauxiliary spaceとするL operatorの積について、その(2次元表現に関する)非対角成分のq-oscillator部分についてのトレースをとることで定まる作用素を考える。このとき、この作用素の特異部分から上記の消滅演算子が定まり、正則部分から決まるある差分方程式の解として生成演算子が定義される。以上のようにして構成された消滅・生成演算子について、生成演算子どうしが反可換である点を除いて、正準交換関係を満たすことを証明した。我々の結果により、XXZ模型の局所作用素全体の空間にはフェルミ構造があることが明らかとなった。さらに、昨年度の研究で得られた相関関数の代数的表示式から、我々の構成した生成演算子により作られる局所作用素の相関関数が、多重積分を用いることなく行列式によって明示的に表示されることも分かる。このような場の理論的な構造を活用することにより、スピン相関関数など、重要な物理量を計算する可能性が広がるであろう。また、我々の発見したフェルミ構造を表現論の立場から数学的に理解することは興味深い問題であると思われる。今年度は以下の二つのテーマについての研究を行った。1.可積分な量子スピン系の相関関数の代表的表示昨年度までの研究で、可積分な量子スピン系であるXXX模型の相関関数を、リー代数sl_2の表現論を用いて構成した。今年度はこの結果をXXZ模型およびXYZ模型の場合に拡張した。我々の相関関数の構成法は以下の通りである。これらの模型における相関関数はqKZ方程式と呼ばれる差分方程式を満たす。そこで、この方程式の解を表現論的に構成し、その解析性を調べることで、我々の解が実際に相関関数に等しいことを示すのである。以上の構成法で、XXZ模型(massiveの場合)については、量子アフィン代数U_9(sl_2)の表現論を用いて、相関関数の代表的表示を得ることができた。XYZ模型の場合については、我々の構成法により得られる関数がqKZ方程式の解であることの一般的な証明はまだ成功していないが、ある特別な場合にはそれがXYZ模型の相関関数に等しいことが数値的に確かめられた。我々の構成した相関関数の表示式は完全に代表的なものであり、これまで知られていた多重積分による表示式に比べ、より良い精度で数値計算を実行できるものであることが期待される。2.共形場理論における状態空間の組み合わせ的研究共形場理論は二次元の可積分な量子場の理論である。その状態空間は、数学的にはヴィラソロ代数の表現空間として実現することができ、代数学的にも興味深い対象である。我々は、この空間の組み合わせ論的な記述を構成した。共形場理論の状態空間は、真空状態とprimary fieldと呼ばれる場の作用素で生成される。我々は、(2,1)-fieldと呼ばれるprimary fieldのフーリエ成分を、真空状態にどのように作用させれば状態空間の基底を構成できるのかを調べ、その条件を組み合わせ論的に書き下した。1.XXZ模型におけるグラスマン構造昨年度までの研究で、一次元の可積分量子スピン鎖であるXXX模型およびその拡張であるXXZ模型・XYZ模型の相関関数の代数的表示式を構成した。今年度は、同様の表示式をdisorderパラメータの入ったXXZ模型に対して構成した。この表示式は量子代数U_9(slz)を用いて構成されるが、結果として得られる公式は反可換な二つの作用素を用いて書き下すことができる。これらの作用素は、場の理論における消滅作用素のような働きをなすもので、可積分な量子スピン鎖の研究においては全く新しい対象である。これに対応する生成作用素にあたるものを構成することが今後の課題であるが、これらが構成されれば、量子スピン鎖における局所作用素のなす空間に対する場の理論的な考察が可能となり、重要な物理量の具体的な計算の可能性が広がるものと期待している。2.非対称マクドナルド多項式を用いた量子KZ方程式の特殊解の構成量子KZ方程式は、量子アフィン代数の表現論におけるintertwinerの行列要素が満たす差分方程式系である。物理学との関連としては、可解格子模型の相関関数が満たす方程式系としても知られている。Di FrancescoやZinn-Justinによる最近の研究で、この方程式のある特殊解が、alternating sign matrixの数え上げという組合せ論の問題や、代数群の表現論の幾何学において興味深い対象であるJoseph多項式と関係があることが明らかとなった。我々は、このような特殊解をアフィンヘッケ代数の表現論を用いて解釈し、非対称マクドナルド多項式を用いることによって、同様の特殊解が他にも構成できることを示した。我々の結果を用いて、Di Francescoらによる発見を、アフィンヘッケ代数の表現論や、それに関連する幾何学の立場から数学的に理解することができるのではないかと期待している。

これらの作用素は、XXZ模型における局所作用素全体のなす空間に作用するが、その性質を調べることにより、消滅演算子として働いている。今年度の研究では、これらに対応する生成演算子の働きをする作用素の構成に成功した。上で述べた生成・消滅演算子は以下のようにして構成される。量子代数Uq(sl_2)の2次元表現とq-oscillator表現のテンソル積をauxiliary spaceとするL operatorの積について、その(2次元表現に関する)非対角成分のq-oscillator部分についてのトレースをとることで定まる作用素を考える。このとき、この作用素の特異部分から上記の消滅演算子が定まり、正則部分から決まるある差分方程式の解として生成演算子が定義される。以上のようにして構成された消滅・生成演算子について、生成演算子どうしが反可換である点を除いて、正準交換関係を満たすことを証明した。我々の結果により、XXZ模型の局所作用素全体の空間にはフェルミ構造があることが明らかとなった。さらに、昨年度の研究で得られた相関関数の代数的表示式から、我々の構成した生成演算子により作られる局所作用素の相関関数が、多重積分を用いることなく行列式によって明示的に表示されることも分かる。このような場の理論的な構造を活用することにより、スピン相関関数など、重要な物理量を計算する可能性が広がるであろう。また、我々の発見したフェルミ構造を表現論の立場から数学的に理解することは興味深い問題であると思われる。
単結晶ダイヤモンドバイトの切削性能に及ぼす結晶方位の影響

1.工具の結晶方位表示法としてメルカト-ル法採用の提案。...工具の結晶方位を表示するには、すくい面およびにげ面の結晶面とその面内でどの方向に刃先が設定されているかが問題になる。これらを表示するのに面指数、方向指数で表していたのでは現実の工具の製作上非常に不便であるまた、複数個の工具を結晶方位について比較検討する場合もかならずしも適しているとはいえない。また、それらの図示にはステレオ投影法が用いられるが、これも同じく不便である。そこで、ダイヤモンドは立方晶であり、結晶学的に等価な方位が多いから、ダイヤモンド結晶の投影球の1/48に当たる三角球面をメルカト-ル法で表し、この中にすくい面を点で、刃先反対方向を矢印で表す方法を提案した。これについては精密工学会誌に発表した。2.六面体(人造)、八面体(天然)、十二面体(天然)のダイヤを各々四分割し、結晶方位が四種類おのおのある工具を一原石から作り、原石間の相違と結晶方位の相違が切削に及ぼす影響を調べた結果、原石の相違が工具性能に及ぼす影響はほとんど認められず、結晶方位の相違による影響はかなり大きいことが分かった。3.切削実験による切削力から計算した工具すくい面と切りくず間の摩擦係数と、その工具のすくい面を切りくず流出方向にヴィッカ-ズ圧子で摩擦して得られる摩擦係数とは逆の相関関係にあることが分った。4.工具摩耗に及ぼす結晶方位の影響は多大であることが分かった。実験範囲内ではすくい面が{110}であり、刃先反対方向が<100>の工具が総合的に最も優れていることが分かった。5.ダイヤモンドの研磨面の摩擦実験結果と、摩擦時に作用するダイヤモンド内でのへき開面のすべり系への応力から形算した全擦係数の結晶方位による変化を、1.でのべた結晶面のメルカト-ル法表示図に画き、この図からよりすぐれた工具を計算によって探索できる手段の緒を見いだした。平成元年度(1年目)に分かった事柄は次のとおりである。(1)複数の単結晶ダイヤモンドバイトの結晶方位、そして研磨時および摩擦時の結晶方位を統一的に表示するには、ステレオ投影図ではなく、結晶面をメルカト-ル地図上に点で示し、それに方位を持たせて表示するのが有効であることを提案した。(2)ダイヤモンドバイトによるアルミ合金、銅合金の切削における切りくず・工具間摩擦係数の異方性は、ダイヤモンドとそれらの金属との摩擦において現れる摩擦係数の異方性とよく一致するが、ダイヤモンド対ダイヤモンドのそれとは全く逆位相の異方性をしめす。(3)すくい面が{100}で刃先反対方向が〈100〉の工具はすくい面摩擦係数も低く、切削力が最も小さくなる。同じく{110}〈110〉の工具はそれらが最も大きい。その他の工具はこれらの中間の値になる。(4)(3)の工具でも、切込みを小さくしてゆくと、にげ面の結晶方位の影響が大きくなり、{100}〈100〉の工具ではすくい面の摩擦係数が増加する傾向になる。しかし、{110}〈100〉の工具はその増加が僅かである。(5)工具摩耗の少ない工具は{100}〈100〉が最も少なく、ついで{110}〈100〉もかなり少ない、{100}〈110〉の工具は最も大きくなる。となどが究明できた。

二年目の平成元年度においては、原石のどのような性質が工具に対して影響を及ぼすの調べる予定をしており、(1)原石を四分割し、すくい面が{100}または{110}、刃先反対方向が〈100〉または〈110〉の工具をつくり、そしてこれらを6、8、12面体の原石で複数製作し、実験する。(2)摩擦実験から、最適工具を探索する。等を予定している。本研究の目的は、単結晶ダイヤモンドバイトの最適結晶方位を探索することにある。本年度(平成2年度)は当初の目的の1)の(b)であるバイト用ダイヤモンド原石の選別法の検討の続きと2)の(a)切りくず・工具間の摩擦係数とその工具のすくい面をダイヤモンド圧子で摩擦したときの摩擦係数の相関を調べ、工具の良否判定として用いることができるか検討した。そして、以下の成果を得た。1.メルカト-ル表示法の提案。・・・工具の結晶方位を表示するのには、結晶面とその面内でどの方向に刃先を設定するかが問題になる。これらを表示するのに面指数、方向指数で工具の結晶方位を表していたのでは現実の工具の製作上非常に不便である。また、それらの工具の複数個のものについて比較検討するのにも適していない。そこで、ダイヤモンドは立方晶であり、結晶学的に等価な方位が多いから、ダイヤモンドの投影球の1/48に当たる三角球面をメルカト-ル法で表し、この内にすくい面を点で、刃先反対方向を矢印で表す方法を提案した。2.六面体(人造)、八面体(天然)、十二面体(天然)のダイヤを各々四分割し、結晶方位が四種類の工具を一原石から作り、原石間の相違と結晶方位の相違が切削に及ぼす影響を調べた結果、原石の相違が工具性能に及ぼす影響はほとんど認められず、結晶方位の相違による影響はかなり大きいことが分かった。3.切削実験による切削力から計算した工具すくい面と切りくず間の摩擦係数と、その工具のすくい面を切りくず流出方向にヴィッカ-ス圧子で摩擦して得られる摩擦係数とは逆の相関関係にあることが分かった。4.ダイヤモンドの研磨面の摩擦実験を行うと共に、ダイヤモンドのへき開面のすべり系に作用する摩擦力から計算した摩擦係数の結晶方位による変化を、1.でのべた結晶面のメルカト-ル法表示図に画いて、よりすぐれた工具を計算によって探索できる手段の緒を見いだした。
無限次元マルコフ過程の研究

本研究は、分担者間及び各分担者と他大学研究者観の活溌な討論のもとで進められた。無限次元解析は、解析学・幾何学・確率論・数理統計を含む現代数学の全体にわたる今日的課題であるが、本研究はその中で確率論に関わる無限次元解析として無限次元マルコフ過程をとりあげると同時に、数理統計学や汎函数微分方程式、エルゴード理論との関連を追及した。無限次元マルコフ過程の中で、特に測度値拡散過程と相相互作のある多粒子系に関する問題を集中して研究し、またそれと関連して汎函数微分方程式、非線型エルゴード理論、ORの問題、時系列解析にかかわる問題にも重要な結果を得た。主な結果は次の通り。1.測度値拡散過程では、その状態空間を決定することが重要な問題である。基礎空間が1次元で、1階項が分数巾ラプラシアンの時には、その指数が1以上の時のみランダムな密度が存在し、密度関数の満たす確率偏数微分方程式を決定した。(論文〔1〕)。2.相互作用のあるランダムウォーク多粒子系野中の1粒子の運動は、1次元の時には、通常のブラウン運動ではなくて、相互作用の影響で分数巾ブラウン運動になることを証明した。(論文〔2〕)。3.NLKG方程式に対応する汎函数微分方程式(Hopf方程式)を導きその解の存在を証明した。(論文〔3〕)。4.非線型エルゴード定理に関連して、非可換可逆半群に対するエルゴード的リトラフションの存在とー意性を証明した。(論文〔4〕)5.分担者が1986年に扱ったオンラインシステムの端末機制御問題を動的な場合に議論している。(論文〔5〕)6.非定常ARIMAモデルの定義をある方法で与え、それに従って、定常ARIMA過程が矛盾なく構成できることを示した。(論文〔6〕)本研究は、分担者間及び各分担者と他大学研究者観の活溌な討論のもとで進められた。主な結果は次の通り。(論文〔1〕)。(論文〔2〕)。(論文〔3〕)。(論文〔6〕)
頂点作用素代数のオービフォールド模型の有限性に関する研究

頂点作用素代数の表現論において重要な概念の一つにC_2余有限性と呼ばれるものがある.この有限性は、有限生成加群が有限の組成列を持つなど表現論に大きな制約を与えが、特殊な場合を除けば確認がとても難しい。例えばC_2余有限頂点作用素代数の位数2の固定点のなす部分頂点作用素代数がまたC_2余有限となるかですら予想でしかなかった。本研究では一般の対称群の2群である部分群に対し置換オービフォールド模型と呼ばれる頂点作用素代数を考えると,この有限性が保たれることを証明した。また特別な置換オービフォールド模型のある部分代数の構造を発見した。C_2有限な頂点作用素代数のオービフォールド模型のC_2有限性の証明に向けて,その一般的かつ具体的な例である置換オービフォールド模型について研究を行った.置換オービフォールド模型とは,n個の頂点作用素代数に自然なn次置換群の作用を考え,その作用に関する固定点のなす頂点作用素代数である.研究目的の一つである「C_2有限な頂点作用素代数の置換オービフォールド模型が再びC_2有限である」という予想の解決に向けて,本年度はn>2の時について考察した.研究を進めるうちに前年度まで考察していたn=2の場合の議論がほとんど適用できないことがわかり,一般の頂点作用素代数に関して進展するためには情報が足りないことが分かった.そこでもう少し具体的な場合に考察するために,頂点作用素代数の重要な模型である格子頂点作用素代数について考察した.その場合にはその具体的な構造から,予想を肯定的に解決するための多くの事実が得られたが,まだ十分な事実が得られていないと思われるので,予想解決にはまだたどり着けていない.しかし更なる研究によって十分解決できることを実感できた.前年度得られた成果がCommunications in Mathematical Physicsに掲載された.本年度前半に,その前年度の結果を用いることで,対称群の任意の2-群の置換オービフォールド模型について予想が成立することを証明した.前年度及び本年度得られたこの新しい結果については,上海交通大学において成果発表を行った.C_2有限な頂点作用素代数のオービフォールド模型のC_2有限性の証明に向けて,その一般的かつ具体的な例である置換オービフォールド模型について研究を行った.置換オービフォールド模型とは,n個の頂点作用素代数に自然なn次置換群の作用を考え,その作用に関する固定点のなす頂点作用素代数である.研究目的の一つである「C_2有限な頂点作用素代数の置換オービフォールド模型が再びC_2有限である」という予想の解決に向けて,本年度も前年度に引き続きn>2の場合について考察した.格子頂点作用素代数に関し,置換オービフォールド模型のC_2有限性の考察を前年度から継続して行ったが,十分な成果には至らなかった.一方で具体的な置換オービフォールド模型としてsl_2に付随するレベル1アフィン頂点作用素代数の巡回置換オービフォールド模型の構造について一橋大学の山田祐理氏から問い合わせがあり,その構造について共同で研究を開始した.この巡回置換オービフォールド模型については,2及び3個のテンソル積の場合は既に知られている結果があったが,4個以上の場合には少しの事実を除いて構造がまったく知られておらず,その構造の解析には系統だった方法がなかった.そこで置換オービフォールド模型という事実を積極的に用いることで指標の計算をする方法を考え出し.その指標を100次の項位までを決定する方法を発見した.この指標の計算はテンソル積の個数が4個以上の場合でも実行できるが,4個の場合の結果とその他の事実を組合せて構造に関する予想を立てることができた.さらなる研究の結果,実際にその予想が正しいことが証明できた.以上の研究成果については平成26年3月に京都大学数理解析研究所で行われた研究集会「有限群とその表現、頂点作用素代数、代数的組合せ論の研究」において成果発表を行った.頂点作用素代数の表現論において重要な概念の一つにC_2余有限性と呼ばれるものがある.この有限性は、有限生成加群が有限の組成列を持つなど表現論に大きな制約を与えが、特殊な場合を除けば確認がとても難しい。C_2有限な頂点作用素代数のオービフォールド模型のC_2有限性の証明に向けて,その一般的かつ具体的な例である置換オービフォールド模型について研究を行った.これはn個の頂点作用素代数に自然にn次置換群を作用させた時,その作用に関する固定点のなす頂点作用素代数である.研究目的の一つであるC_2有限な頂点作用素代数の置換オービフォールド模型が再びC_2有限であるという予想の解決に向けて,最初の場合のn=2の時について考察した.この場合については,Virasoro代数に付随した頂点作用素代数については既に研究代表者によって証明されていたが,今年度の研究によって, n=2の場合にはVirasoro代数に付随したものだけでなく一般にC_2有限な単純頂点作用素代数であれば,その置換オービフォールド模型もまたC_2有限であることがわかった.この結果は現在Communications in Mathematical Physicsに投稿中である.この結果を用いて格子頂点作用素代数のZ_2-オービフォールド模型のC_2有限性の別証明を与えることもできた.

このように本研究結果を用いて,置換オービフォールドではないC_2有限な頂点作用素代数のオービフォールド模型のC_2有限性の検証においても有効であることがわかった.またn>2の場合に関しては現在も証明を考察中であるが,非常に限定的場合に,ある種の等式を発見した.その等式だけではまだまだ不十分であるが, n>2の場合の置換オービフォールド模型のC_2-有限性の証明への最初の段階に進むことができた.本年度は頂点作用素代数の置換オービフォールド模型の研究に関し最終年度ということで,前年度に引き続き「任意の自然数nに関しC2-有限な頂点作用素代数の置換オービフォールド模型が再びC2-有限である」ということの証明に取り組んだ.本研究内容については, 8月に中国の四川大学に滞在中のChongying Dong氏(カリフォルニア大学サンタクルーズ校教授)を訪ね,セミナーや研究連絡を行った.残念ながら大きな進展はなく,完全解決には至らなかったが,今後につながる別方向への考察や研究課題が得られた.その研究課題については平成27年度開始の科学研究費課題として採択された.平行して具体的な模型の問題であるA型アフィン頂点作用素代数の置換オービオフォールド模型に現れるコミュタント(交換団)と呼ばれる頂点作用素代数の研究を行った.こちらは一橋大学の山田裕理教授と研究連絡及び打ち合わせを数度行い,前年度に引き続き大きな進展があった.具体的には前年度はコミュタントの新しい実現を発見し公表したが,今年度はその実現を更に一般的な枠組みで考察し,その既約加群の分類を完成した.その結果,対象としているコミュタントの既約加群の分類も完了できた.こちらに関しても更にフュージョン則を決定することでモンスター群の研究に応用できると考えられるので,今後につながる研究成果を残すことができた.本研究内容に関しては前年度の成果と合わせて現在論文に研究成果をまとめている.また論文発表に先行して9月に広島大学で行われた日本数学会秋期総合分科会及び12月に京都大学数理解析研究所で行われた研究集会「有限群とその表現,頂点作用素代数,代数的組合せ論の研究」において研究発表を行った.頂点作用素代数の表現論n次対称群による置換オービフォールド模型のC_2有限性に関し,n>3の場合について考察するにあたり,格子頂点作用素代数の構造について研究したが,その際,これまで知られていなかったいくつかの構造が見つかった.この構造は本研究課題の解決のみならず,今後の研究にとって重要な情報を与えるのではないかと期待している.また格子の場合の考察から,一般の場合の考察への手掛かりが見つかり,次年度以降の研究課題の達成に向けて進展があった.当初は研究計画通り生成元を見つけ,関係式を列挙することでC_2-有限であるための条件を探すことを試みていたが,Virasoro代数やHeisenberg代数に付随する具体的な頂点作用素代数について有限個の生成元の発見は非常に困難であり,比較的計算しやすいと思われる格子頂点作用素代数についても考察したが,部分的な結果しか得られず,課題達成に対し十分な成果は得られなかった.
生活習慣病における薬物トランスポータ発現変動機構の解明と薬物治療への応用

禁煙補助薬バレニクリンは糖尿病や高血圧を背景とする喫煙者にも幅広く用いられている。しかし、その動態特性については未解明な部分が多い。そこで本年度はマウスを用いた検討を中心に、バレニクリンの体内動態に寄与するトランスポータの同定を試みた。まず、バレニクリンが腎臓の刷子縁膜に発現するH^+/有機カチオンアンチポータMATEの基質であるか否かを直接的に評価するため、HEK293細胞に一過性にMATEを発現させてバレニクリンの取り込み実験を行った。その結果、マウスMATE1及び腎特異的に発現するヒトMATE2-Kを一過性に発現させたHEK293細胞において、バレニクリンの取り込み量の有意な増加が対照群と比して認められ、バレニクリンがMATEの基質となることが示された。次に野生型マウス及び申請者の研究室で構築したMatelノックアウトマウスを用いてバレニクリンの体内動態実験を行った。その結果、野生型マウスと比較してノックアウトマウスにおけるバレニクリンの血中濃度及び腎組織中濃度は顕著に上昇し、尿中排泄量は有意に減少した。また、薬物動態パラメータを算出した結果、バレニクリンの腎クリアランス及び分泌クリアフンスは野生型の62%、55%に低下していた。これらの結果から、バレンクリンの排泄にMATEが寄与することが示され、生活習慣病患者にバレニクリンを投与する場合、腎MATEの発現量や機能レベルの情報が有用であることが示唆された。生活習慣病患者における薬物の動態特性の変化や治療効果などの個人差を精密に見積もるには、種々動物モデルにおける薬物動態規定因子の機能変化の解析、または生活習慣病患者を対象とした臨床研究による情報収集と統計解析が欠かせない。そこで将来の生活習慣病患者を対象とした臨床研究を念頭に、生活習慣病患者において使用頻度の高いプローブドラッグの探索とその特性評価に重点をおいた検討を進めた。まず、腎有機カチオントランスポータの基質認識特性を参考に、生活習慣病患者で幅広く使用されている医薬品の情報収集を進めた結果、新規禁煙補助薬バレニクリンが浮かび上がった。しかし、その動態特性には未解明な部分が多く、特に腎挙動を支配する分子機構については殆ど情報がない。本年度では、バレニクリンが生活習慣病患者を念頭にした臨床研究におけるカチオン性のプローブドラッグとして適切か否かについて、刷子縁膜型H^+/有機カチオンアンチポータMATE1とバレニクリンとの相互作用を中心に検討した。まず、ヒト(h)MATE1発現HEK293細胞を用い、テトラエチルアンモニウム(TEA)輸送に対するバレニクリン共存の影響を調べた。その結果、バレニクリンの濃度上昇に伴ってhMATE1を介したTEA輸送が阻害され、その阻害定数は100μMと算出された。さらに、in vivoにおけるバレニクリンの尿細管分泌の再現とその実験系を用いた機能解析を目的に、LLC-PK_1並びにhOCT2/hMATE1共発現系を用いたバレニクリンの経細胞輸送実験を行ったところ、側底膜側から頂側膜側への方向選択的な輸送が観察された。これらの結果から、MATE1がバレニクリンの尿細管分泌に寄与していること、並びにバレニクリンが生活習慣病患者における腎有機カチオントランスポータの分子的・機能的変動を調べる上で有用なプローブドラッグとして応用可能であることが示唆された。
夫を自死で亡くした女性における死別に伴う心理社会的問題への対処と生きる意味再構成

平成24年度は、平成23年度中に収集した自死遺族24名分のインタビューデータについて、グラウンデッド・セオリー法を用いた分析を実施し、その結果に基づいた研究成果発表および修正を行った。【分析】グラウンデッド・セオリー法におけるオープン・コーディングでは逐語録化した面接データを繰り返し読み、分析者が重要だと考える箇所は一行ごとにコード化を行った。アクシャル・コーディングでは作成したカテゴリ、ディメンションとプロパティを参考にしながらパラダイムを作成し、パラダイムに沿ってストーリーラインを書くとともにコアカテゴリを選定し、コアカテゴリが見つからない場合にはオープン・コーディングから再分析した。日本語の使用においては重要な情報伝達手段に含まれる、非言語的コミュニケーションの観察や面接中の直観的な印象も分析対象とした。非言語情報を分析する過程では面接場面や筆者が受けた印象の詳細を記述したフィールドノートを読み返し活用した。【結果】分析の結果、本研究では、死別後感情を調節し日常生活と折り合いをつける過程を説明する枠組みを3部に分けて説明した。各部はそれぞれ(1)死別後の日常生活、(2)情報を収集して、感情を調節する過程を進める、(3)死別後の感情を調整するに至る過程、と概念化した。【意義】考察本研究の主な結果である、故人-遺族間の関係が死別後も継続し遺族の人生に関わり続けることは先行研究でcontinuing bondsと概念化されているが、対象者の文化、死別の文脈を考慮して理論化したことに大きな意義があると考えている。平成23年度は、研究計画書に基づき、自死遺族24名に対して面接調査を行った。また、書籍を通じた成果発表を行った。【目的】日本において親、配偶者、きょうだい、子どもを亡くした自死遺族の人生にとっての自死による家族の喪失の意味」の探究を目的とした。特に本研究は、死別後比較的早期に日常生活を回復した自死遺族が、その後日常を継続するためにどのような行動をしているのか、また自死による家族の喪失が彼らのその後の人生にどのように関わるのかを検討した。このような事柄についての理論的説明を試みることによって、自死遺族の人生にとっての自死による家族の喪失の意味がより明らかになるであろうと考えたからである。【調査】調査方法は筆者1名による半構造化面接、分析およびリクルートはグラウンテッド・セオリー法を用いた。対象者の選定基準は(1)家族を自死で亡くしている、(2)自死遺族であることを家族以外の者に開示している、(3)18歳以上、(4)60分120分にわたる半構造化面接を受けることが身体的・精神的に可能である、(5)同意能力がある、(6)日本語を話せる、とした。【倫理的配慮】対象の選択基準上の配慮、面接実施にまつわる配慮、データの取り扱いに関する配慮に対して特に注意した。本研究は東京大学医学部倫理委員会の承認を受けて行った(承認番号3051-(1))。平成23年度は、調査を実施し成果発表につなげることを予定していた。ところが、調査対象者へのアプローチが困難であることが明らかになり、平成23年度には調査を完了させることと、研究計画を変更した。以上の理由により、平成23年度の進捗は「(2)おおむね順調に進展している」とした。平成24年度は、平成23年度に採集したデータの分析と成果発表を行う。研究計画を今後変更する予定はない。
レビー小体型認知症高齢者における口腔セネストパチーの実態

レビー小体型認知症は、症状や経過については十分に解明されていなく、体感異常や不定愁訴によって心気症や身体表現性障害と診断されることも少なくない。特に「口から糸がでてくる」といった身体表現性障害のひとつである口腔内セネストパチーでは、器質的な問題はなくても歯科で不要な抜歯を受け、食事摂取が困難になるケースを目にすることが多い。身体表現性障害はDLBの前駆症状ではないかという報告もあるが、未だ実態は明らかにはなっていない。本研究の目的は、DLBにおいて摂食・嚥下障害に影響する口腔セネストパチーの実態を明らかにし、ケア方法の確立にむけた示唆を得ることである。レビー小体型認知症において身体表現性障害が前駆症状であると言われている中で、口腔セネストパチーによるものも散見する。そこで、本年度はプレテストとして精神科医・認知症専門医から、口腔セネストパチーにおける治療経験とその症状、年齢・性別について聴取した。症例1:80歳代女性。主訴は歯の間から虫がでてくる。抗精神病薬を少量投与したところ、錐体外路症状が出現したため、DLBを疑いMIBG・DAT検査を実施した。食欲が低下し、食事摂取困難となり、末梢点滴治療を開始しならびにこう認知症薬を開始したところ症状が改善した。症例2:70歳代女性。主訴は砂が口の中でジャリジャリしている。うつ病と診断し、抗うつ薬を開始したところイライラが強くなり、薬剤過敏性があると判断し、DLBを疑い、DAT施行。選択的セロトニン取り込み阻害薬を少量投与したところ、口の中のジャリジャリしている感じは継続しているものの、食事摂取できるまでに改善した。症例3:70歳台女性。主訴は口の中の右半分がビリビリする、虫がいる。妄想性障害として抗精神病薬を開始。痛みの原因について心理療法を行いながら、右に限定した痛みはヘルペスが原因と夫が入院した孤立感のためであることがわかった。鎮痛剤により症状改善し、抗精神病薬も中止となった。症例4:70歳台女性。主訴は口の中が痛い。1-2年歯科通院し抜歯をするが改善なく、疼痛による二次的な抑うつ状態で精神科受診。サンドイッチしか食べられなくなっており、入院し抗精神病薬、抗うつ薬等の薬物治療を開始。症状が良くなるまでに3年かかった。対象は全員が女性であり、うつ病や老年期妄想性障害との鑑別、また抗精神病薬を投与したときの薬剤過敏性から画像検査を追加することでDLBの診断に至っていた。また口腔セネストパチーにより抜歯や食事摂取不良があることから、対応方法について次年度は検討する。2018年9月より予定外の研究(AMED2つ、厚生労働科研2つ、Society5.0 1つ)が開始となり、当初予定していたエフォートを確保することが困難な状況にあった。文献検討ならびに事例聴取しながら、現在、倫理審査提出用の計画書を作成中である。研究計画書ができ次第倫理審査を受け、8月までには承認を得て研究を開始する予定である。2018年度は精神科医・認知症専門医よりプレテストとして聞き取り調査を行ったが、倫理審査を待つ間にできればDLBの診療に携わる神経内科医ならびに口腔症状を訴えるため歯科医師よりも聞き取りを行っていきたい。準備として当教室のデータベースからDLB患者のIDを抽出した。約100名を対象として、現病歴、経過、身体表現性障害の有無、口腔セネストパチーの有無、治療内容、神経心理検査結果(NPI、MMSE)、画像からデータ収集を行う。DLBの診療を得意としている医師3名にスーパーバイズを受けながら研究を進めていく。昨年1年間のカンファレンスでは口腔セネストパチーの症例は2例であったため、他施設の精神科医への協力を得るべきかについては実際にデータを取り始めてから検討していきたい。

選択的セロトニン取り込み阻害薬を少量投与したところ、口の中のジャリジャリしている感じは継続しているものの、食事摂取できるまでに改善した。症例3:70歳台女性。主訴は口の中の右半分がビリビリする、虫がいる。妄想性障害として抗精神病薬を開始。痛みの原因について心理療法を行いながら、右に限定した痛みはヘルペスが原因と夫が入院した孤立感のためであることがわかった。鎮痛剤により症状改善し、抗精神病薬も中止となった。症例4:70歳台女性。主訴は口の中が痛い。1-2年歯科通院し抜歯をするが改善なく、疼痛による二次的な抑うつ状態で精神科受診。サンドイッチしか食べられなくなっており、入院し抗精神病薬、抗うつ薬等の薬物治療を開始。症状が良くなるまでに3年かかった。対象は全員が女性であり、うつ病や老年期妄想性障害との鑑別、また抗精神病薬を投与したときの薬剤過敏性から画像検査を追加することでDLBの診断に至っていた。また口腔セネストパチーにより抜歯や食事摂取不良があることから、対応方法について次年度は検討する。2018年9月より予定外の研究(AMED2つ、厚生労働科研2つ、Society5.0 1つ)が開始となり、当初予定していたエフォートを確保することが困難な状況にあった。文献検討ならびに事例聴取しながら、現在、倫理審査提出用の計画書を作成中である。研究計画書ができ次第倫理審査を受け、8月までには承認を得て研究を開始する予定である。2018年度は精神科医・認知症専門医よりプレテストとして聞き取り調査を行ったが、倫理審査を待つ間にできればDLBの診療に携わる神経内科医ならびに口腔症状を訴えるため歯科医師よりも聞き取りを行っていきたい。準備として当教室のデータベースからDLB患者のIDを抽出した。約100名を対象として、現病歴、経過、身体表現性障害の有無、口腔セネストパチーの有無、治療内容、神経心理検査結果(NPI、MMSE)、画像からデータ収集を行う。DLBの診療を得意としている医師3名にスーパーバイズを受けながら研究を進めていく。昨年1年間のカンファレンスでは口腔セネストパチーの症例は2例であったため、他施設の精神科医への協力を得るべきかについては実際にデータを取り始めてから検討していきたい。
幼若骨組織における非コラ-ゲン性蛋白質に関する微細構造的・免疫組織化学的研究

近年、骨の非コラ-ゲン性蛋白が注目され、特にミネラルと関係が深いとされているOsteonectin,Osteopontin,Osteocalcin,α_2HSglycoprotein等が注目されている。しかし、これら多数の非コラ-ゲン性蛋白に関する研究は主として生化学的に行われてきており、形態的な所見は少ない。初年度は生化学的に骨の非コラ-ゲン性蛋白質を抽出し、それらのゲル上における染色性を利用し、組織化学的に骨組織を染色し、形態的な局在を検索した。ミネラルと関係する三つの非コラ-ゲン性蛋白(分子量は各々90kD,66kD,49kD)が見いだされた。そのうち血清由来と考えられる49kD以外の蛋白はゲル蛋白はゲル上でStains allにより青色に染色された。Stains allを用い、ラット頭蓋骨を組織化学的に染色を施した。この染色性は非脱灰標本では縫合部のような幼若で石灰化の進行している極く一部分を除いて殆ど認められなかったのにたいして、脱灰標本では骨基質全体が青色に染色された。特にCement line様の構造物が濃染していた。また幼若な石灰化の進行している部位では顆粒状の染色性を示した。類骨、骨芽細胞、骨細胞は染色されなかった。本年度はStains allに可染性で抽出順序から基質に最も密に結合していると考えられた90kDのタンパクを抗原とし、家兎を用いて抗体の作成を試みた。免疫反応は脱灰、非脱灰試料共に骨基質全体と初期石灰化部位に認められ、特に石灰化した骨基質と類骨の境界部分の反応産物は石灰化球に一致して顆粒状を呈していた。脱灰試料ではrestingの骨芽細胞に面した石灰化骨基質の表面に沿って反応が強く観察されたが、類骨ではほとんど反応が認められず、軟骨基質にも反応は認められなかった。今回用いた骨の非コラ-ゲン性蛋白は抗原性を有する事、骨組織に特異的である事等から、免疫組織化学を用いることにより骨形成における非コラ-ゲン性蛋白の局在や分布観察する上できわめて有効であると考えられた。近年、骨の非コラ-ゲン性蛋白が注目され、特にミネラルと関係が深いとされているOsteonectin,Osteopotin,Osteocalcin,α_2HSglycoprotein等が注目されている。しかし、これらの骨組織に重要と思われる多数の非コラ-ゲン性蛋白に関する研究は主として生化学的に行われてきており、形態的な所見は少ない。そこで本年度は生化学的に骨の非コラ-ゲン性蛋白質を抽出すると共に、それらの電気泳動後のゲル上における染色性を利用し、同じ染色液を用い組織化学的に骨組織を染色し形態的な局在を検索することを目的とした。材料は生後1-2日令のラット頭蓋骨を用い、4Mグアニジンにて処理し、骨のミネラルコンパ-トメントを調整した。それらを酢酸、高濃度の塩溶液、EDTA等で段階的に抽出し、各抽出画分を電気泳動を行った。その結果、ミネラルと関係の深い三つの非コラ-ゲン性蛋白が見いだされ、分子量は各々90kD,66kD,49kDであった。

これらは抽出される順序から基質とイオン結合をしていた。更に、その染色性は血清由来と考えられる49kD以外の蛋白は電気泳動後のゲル上でStains allにより青色に染色された。そこで、このCa結合性の蛋白を青色に染める色素、即ちStains allを用い、生化学的に用いた材料と同じ生後1-2日令のラット頭蓋骨を組織化学的に染色を施した。Stains allの染色性は非脱灰標本では縫合部のような幼若で石灰化の進行している極く一部分を除いて殆ど認められなかったのにたいして、脱灰標本では骨基質全体が青色に染色された。染色性は均一ではなく、Cement line様の構造物が濃染していた。また幼若な石灰化の進行している部位では顆粒状の染色性を示した。しかしながら、類骨、骨芽細胞、骨細胞は染色されなかった。次年度はこれらのStaine allに可染性の物質に関して、更に生化学的な分析を行うと共に抗体の作成を試み、免疫細胞化学的に超微構造的局在を検討する予定である。近年、骨の非コラ-ゲン性蛋白が注目され、特にミネラルと関係が深いとされているOsteonectin,Osteopontin,Osteocalcin,α_2HSglycoprotein等が注目されている。初年度は生化学的に骨の非コラ-ゲン性蛋白を抽出し、それらの電気泳動後のゲル上における染色性を利用し、同じ染色液を用い組織化学的に骨組織を染色し、形態的な局在を検索した。ミネラルと関係の深い三つの非コラ-ゲン性蛋白(分子量は各々90kD,66kD,49kD)が見いだされ、その抽出順序から基質とのイオン結合を思わせた。そのうち血清由来と考えられる49kD以外の蛋白はゲル上でStains allにより青色に染色された。このStains allを用い、ラット頭蓋骨を組織化学的に染色した。その染色性は非脱灰標本では縫合部のような幼若で石灰化の進行している極く一部分を除いて殆ど認められなかったが、脱灰標本では骨基質全体が青色に染色された。Cement line様の構造が濃染していた。しかし、類骨、骨芽細胞、骨細胞は染色されなかった。そこで、本年度はStains allに可染性で、抽出順序から基質に最も密に結合していると考えられた90kDの蛋白を抗原とし、家兎を用いて抗体の作成を試みた。抗体の作成には体重2.5kgの家兎の背部に、抗原0.5mgの皮下投与を3回行った後全採血し、血清を分離した。免疫組織化学ではラット頭蓋骨をホルマリン固定後一部は非脱灰のまま、一部は脱灰し樹脂包埋を行い、ABC(VECTASTAIN)法にて観察した。免疫反応は脱灰、非脱灰試料共に骨基質全体と初期石灰化部位に認められた。特に石灰化した骨基質と類骨の境界部分での反応産物は石灰化球に一致して顆粒状を呈していた。脱灰試料ではrestingの骨芽細胞に面した石灰化骨基質の表面に沿って反応が強く観察された。しかしながら、類骨ではほとんど反応が認められなかった。
狭義トウダイグサ科の系統及びその胚珠と種子の解剖学的形質進化の解明

本研究では狭義トウダイグサ科における分子系統解析を行い、科内における属間の系統関係を明らかにすることを目的としている。まず、狭義トウダイグサ科の範疇を確定するために、トウダイグサ科を含むキントラノオ目内における科間の系統関係を明らかにした。既に入手済みの材料を用い、キントラノオ目(29科)に含まれる24科、106属の系統解析を行った。rbcL遺伝子、atpB遺伝子、matK遺伝子、18S rDNAの塩基配列を決定し、最節約法で系統解析した。その結果、トウダイグサ科は内種皮外層が柵状になるものに限られ、トウダイグサ科に例外的に見られた内種皮外層が繊維状になる4属は新たにトウダイグサ科とは区別して新科として扱うべきであることが分かった(投稿中)。次に、この新たに定義された狭義トウダイグサ科内の属間関係を明らかにするため、同じ遺伝子を用い、新たに90属のデータを加えて系統解析を行った。その結果、トウダイグサ科内でまず原始的ハズ亜科が分岐し、次に残りのハズ亜科、エノキグサ亜科、トウダイグサ亜科の順に分岐することが分かった。これを胚珠及び種子の解剖学的形質から考察すると、内珠皮が薄いものから厚いものへ進化したこと、内珠皮に維管束が入る特徴は残りのハズ亜科の共有派生形質であることが明らかになった(投稿準備中)。次に、単系統群であることが明らかになったトウダイグサ亜科内の属間関係を明らかにするために系統解析を行った。トウダイグサ亜科に含まれる39属のうち37属における4つの塩基配列を解析し、系統解析を行った。その結果、まず外珠皮に維管束を持つストマトカリックス連が分岐し、ヒッポマネ連、パキストロマ連、フーラ連からなる単系統群、トウダイグサ連の順に分岐することが分かった。以上の結果から、外珠皮の維管束の進化過程や杯状花序の成立過程を明らかにした(投稿準備中)。本研究では狭義トウダイグサ科内における分子系統解析を行い、属間の系統関係を明らかにすることを目的としている。本年度はすでに入手済みの材料を用いて狭義トウダイグサ科に含まれる166属(狭義トウダイグサ科全体の72%)のrbcL遺伝子、atpB遺伝子、matK遺伝子、18S rDNA(合計5816bp)の塩基配列を決定した。これらの情報を用いた系統解析では、狭義トウダイグサ科3亜科はトウダイグサ亜科が単系統群、ハズ亜科が側系統群、エノキグサ亜科が多系統群であることが明らかになった。また、エノキグサ亜科に含まれるClutieae, pogonophoreae, Chaetocarpeae, Pereaeの4つの連からなる単系統群が狭義トウダイグサ科内で最初に分岐し、次にハズ亜科Micrandreae, Manihoteae, Adenoclineae, Elateriospermeaeの4つの連からなる単系統群、Gelonieae連、それ以外のハズ亜科の順序で分岐が起こった。次にトウダイグサ亜科と最初に分岐した4連を除くエノキグサ亜科からなる単系統群が分岐した。以上の系統関係は高いブーツストラップ値で支持された。これらの結果と内種皮外層の構造、内珠皮および外珠皮の維管束の有無、染色体の基本数、などの形態形質の情報を統合し、形態形質の進化の極性が明らかになった。これらの結果を日本植物学会(2003年9月、於札幌)において発表し、現在投稿準備中である。

その結果、まず外珠皮に維管束を持つストマトカリックス連が分岐し、ヒッポマネ連、パキストロマ連、フーラ連からなる単系統群、トウダイグサ連の順に分岐することが分かった。以上の結果から、外珠皮の維管束の進化過程や杯状花序の成立過程を明らかにした(投稿準備中)。
がん遺伝子産物ガンキリンを標的とする肝がん治療の試み

すべての肝細胞がんで過剰発現しているがん遺伝子、ガンキリンは複数のがん抑制蛋白質のプロテアソームによる分解を促進していると考えられる。最近我々は、酵母2-ハイブリッド法により、ガンキリンに結合する蛋白質として2種類(GKBP1、GKBP2)を見出した。そこで、GKBP1あるいはGKBP2をもとに、ガンキリンの機能を抑制する物質を作成し、肝細胞がんの治療へ応用することを考えた。GKBP1は26Sプロテアソームサブユニット6(S6)であった。ガンキリンはフリーのS6及びプロテアソームの19S調節ユニットの構成成分としてのS6どちらにも結合した。しかし、19S調節ユニットのS6以外の構成成分との結合はみられず、この結合は特異的であった。S6の変異体を作成して解析したところ、C末端側の78アミノ酸がガンキリンとの結合に必要十分であった。抗腫瘍効果については解析中である。なお、培養細胞にガンキリンを過剰発現させたところ、S6とCDK4がガンキリンと複合体を作っていることが明らかになった。GKBP2も既知の蛋白質であるが、その機能は全く不明である。GKBP2の変異体を作成して解析したところ、C末端側の92アミノ酸がガンキリンのもつ造腫瘍性を抑制することが示された。そこで、HIVのTAT蛋白質、との融合蛋白質を作成し、培養細胞に添加したところ、短時間で細胞内に取り込まれ、ガンキリン過剰発現細胞の軟寒天中でのコロニー形成を抑制した。さらに、ヌードマウスに形成させた腫瘍内に融合蛋白質を注射したところ、腫瘍の増殖が一部抑制された。
2次元フォトニック結晶スラブの点欠陥による光子操作とデバイス応用

本研究は2次元フォトニック結晶スラブ中に欠陥を導入する二とにより、光機能デバイスを実現することを目的としている。本年度は下記に示す研究を行い、当初の目的を達成した。試料の作製:基本構造として、格子定数をaとして、スラブ厚さが0.6a、基本格子(空気ロッド)の半径が0.29aの三角格子2次元フォトニック結晶スラブに、最近接の方向に格子点を埋めた幅が1.73aの線欠陥導波路と、半径0.54aと周りよりも大きな空気ロッドからなる点欠陥を1つ含み、その点欠陥と導波路の距離が2.7aのデバイスを設計した。試料作製においては、動作波長が1.55μm帯となるよう格子定数aを0.42μmとし、また作製精度の向上を狙ってスラブ材料を従来のInGaAsPからSiに変更した。さらに電子ビーム露光によるパターン描画条件およびICPエッチング装置によるパターン転写条件を最適化することにより、非常に精度良いフォトニック結晶構造が作製できるようになった。設計構造からの揺らぎは12%以内であり、従来の10%近い揺らぎを持つ構造と比較して大きく精度を向上することができた。基礎評価:評価系として、線欠陥導波路の端面から可変波長レーザー光を入射し、点欠陥に捕らえられてスラブ表面から自由空間へ放射される光の強度、とそのまま導波路を透過して逆側の端面から放射される光の強度の両方を観測できる測定系を構築した。レーザ波長を変化させつつ、点欠陥から放射される光強度を観測しところ、波長1.55μm付近にQ値500程度のスペクトルが観測された。これは時間領域差分法(FDTD法)を用いた理論解析と良く一致した。また得られた分波スペクトルは、従来の構造と比較して非常にバックグラウンドの小さいスペクトルであった。これは、非常に精度良く試料を作製できるようになったため、揺らぎによる光散乱が抑制されたことを示している。欠陥からの光の取り出し効率の評価と最大化:同様に導波路の透過スペクトルを測定したところ、点欠陥共鳴波長において透過率が25%程度まで低下する現象が観測された。これは、導波光のかなりの部分が点欠陥で捕らえられて、自由空間に放出されたことに起因しており、モード結合理論を用いた詳しい検討の結果、このデータから点結果による光子捕獲・放出効率を評価できることが分かった。この方法により、初めて効率を定量的に見積もることが可能になり、また得られた結果は約45%以上とほぼ理論から予想される最大値に近いことが分かった。Q値の向上:空気ロッドを大きくすることで導入した点欠陥では、理論と実験の両面からそのQ値は500程度であることが分かった。しかし、この方式を光波長多重通信へと応用することを考えると、その分解能を決めるQ値は十分ではない。そこで、よりQ値を高くできる欠陥構造を探索した。一般に誘電率が高い部分に光は良く閉じ込められることから、格子点を誘電体で埋めた形状のドナー型欠陥を候補とし、また共鳴波長が導波路の透過帯域と重なること、フリースペクトルレンジが十分大きいことなどを条件としてFDTD法や平面波展開法を用いて詳しく検討を行った。その結果、格子点を3個直線状に埋めた欠陥形状において、理論的にはQ値2600程度(孤立欠陥で5200)が期待されることが分かった。

これは、導波光のかなりの部分が点欠陥で捕らえられて、自由空間に放出されたことに起因しており、モード結合理論を用いた詳しい検討の結果、このデータから点結果による光子捕獲・放出効率を評価できることが分かった。この方法により、初めて効率を定量的に見積もることが可能になり、また得られた結果は約45%以上とほぼ理論から予想される最大値に近いことが分かった。Q値の向上:空気ロッドを大きくすることで導入した点欠陥では、理論と実験の両面からそのQ値は500程度であることが分かった。しかし、この方式を光波長多重通信へと応用することを考えると、その分解能を決めるQ値は十分ではない。そこで、よりQ値を高くできる欠陥構造を探索した。一般に誘電率が高い部分に光は良く閉じ込められることから、格子点を誘電体で埋めた形状のドナー型欠陥を候補とし、また共鳴波長が導波路の透過帯域と重なること、フリースペクトルレンジが十分大きいことなどを条件としてFDTD法や平面波展開法を用いて詳しく検討を行った。その結果、格子点を3個直線状に埋めた欠陥形状において、理論的にはQ値2600程度(孤立欠陥で5200)が期待されることが分かった。
異方性を有する金ナノ粒子の調製と新規二次元超格子の電子輸送特性の解明

近年、サイズにより多様な光学、磁気および電子輸送特性を示す金属ナノ粒子が注目を浴びている。金属ナノ粒子をナノ電子デバイスとして機能させるためにはナノ粒子の配位子層が有するトンネル抵抗を劇的に低減させる必要がある。そこで、本研究では、薄い配位子層により金属ナノ粒子のトンネル抵抗を低減し、かつ安定なナノ粒子を与えるため平面性の高い多座面配位型ポルフィリン配位子を設計、合成し、これに保護された金ナノ粒子の電気物性の解明を目標とした。配位子として、ポルフィリン環の四個のメソ位置換フェニル基のオルト位に、金表面に親和性のあるアセチルチオ基を直接もしくはメチレン炭素一つを介して結合させたo-SC_0TPPおよびo-SC_1TPPを設計し、これらの合成に成功した。これら配位子を用い、5-10nmの範囲で粒径制御された単分散金ナノ粒子o-SC_0TPP-Auおよびo-SC_1TPP-Auを調製した。ポルフィリン環由来のソーレー帯モル吸光係数に着目すると、配位子のみと比較し5nm o-SC_0TPP-Auで1/1000、5nm o-SC_1TPP-Auでは1/200に減少し、ポルフイリン環のπ軌道と金表面の軌道との相互作用が示唆された。配位子に依存し吸光度減少に相違が見られるのはメチレン炭素の有無によるポルフィリン環-金表面間の距離の違いであると考えられる。結合した配位子量を見積もるために、XPS分析を行うと窒素原子が金表面に配位していることが明らかとなった。また熱重量分析を行うと、粒径から算出した金ナノ粒子の表面積とポルフィリン面の配位総面積が良い一致を示し、これらの結果からo-SC_0TPPおよびo-SC_1TPPの金表面に対する面配位が示唆された。本研究で合成した金ナノ粒子はこれまでに報告例の無い、有機分子のπ軌道が金属ナノ粒子表面に直立し、金属のd軌道と有効な相互作用をする系であり、非常に興味深い新規材料になる可能性がある。配位子として、ポルフィリン環の四個のメソ位置換フェニル基のオルト位に、金表面に親和性のあるチオアセトキシ基を直接もしくはメチレン炭素一つを介して結合させたo-SC_0TPPおよびo-SC_1TPPを設計し、これらの合成に成功した。ポルフィリン環由来のソーレー帯モル吸光係数に着目すると、配位子のみと比較し5nm o-SC_0TPP-Auで1/1000、5nm o-SC_1TPP-Auでは1/200に減少し、ポルフィリン環のπ軌道と金表面のd軌道との相互作用が示唆された。結合した配位子量を見積もるために、熱重量分析を行うと、粒径から算出した金ナノ粒子の表面積とポルフィリン面の配位総面積が良い一致を示し、この結果からもo-SC_0TPPおよびo-SC_1TPPの金表面に対する面配位が示唆された。

結合した配位子量を見積もるために、XPS分析を行うと窒素原子が金表面に配位していることが明らかとなった。また熱重量分析を行うと、粒径から算出した金ナノ粒子の表面積とポルフィリン面の配位総面積が良い一致を示し、これらの結果からo-SC_0TPPおよびo-SC_1TPPの金表面に対する面配位が示唆された。本研究で合成した金ナノ粒子はこれまでに報告例の無い、有機分子のπ軌道が金属ナノ粒子表面に直立し、金属のd軌道と有効な相互作用をする系であり、非常に興味深い新規材料になる可能性がある。