hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
２型糖尿病発症因子解明のための戦略：機能分割と再統合

2型糖尿病は、複数の遺伝子により構成される遺伝因子と、環境因子の複雑な相互作用により発症する多因子疾患であり、ヒトを用いた解析では感受性遺伝子同定は困難である。本研究では、糖尿病モデルマウスおよび交配実験において得られたコンソミック・コンジェニック系統を用いて、2型糖尿病の疾患感受性遺伝子領域を同定し、その作用機序を解明した。1これまで作製し報告してきたコンソミック(Babaya N et al., Diabetologia 53:1362-71, 2010)のターゲットとなる疾患感受性領域は比較的広く、より限局化された領域・遺伝子として同定するためには、新たなモデルの樹立が必要となる。より限局化された糖尿病感受性領域を有する系統(14番染色体コンジェニック)の樹立が終了し、その一部のデータを第48回欧州糖尿病学会年次学術集会において発表してきた(Babaya N et al., Diabetologia 55: Suppl 1:S267-268, 2012)が、現在、その全解析が終了し論文投稿中である。2自然発症2型糖尿病モデルNSYマウスは、現在作成済みのコンソミック、コンジェニック系統の親系統であるが、その糖尿病発症率の性差に関して不明な点が多い。今後コンジェニック解析を行う上で、糖尿病発症率の性差や、血中アディポサイトカイン濃度の解析が重要であると考えられたため、それらについて検討し、第28回日本糖尿病・肥満動物学会で発表した。3脂肪肝のモデルマウスであるFLSマウスにおいて、非アルコール性脂肪肝炎に対するezetimibeの効果について検討し報告した(Wang X, Ikegami H et al., Hepatology Research 44:102-113, 2014)。1これまで系統化している11番染色体コンソミックマウスは、11番相同染色体がともにNSY由来のホモ個体(NSYホモ)であるが、この系統をC3Hマウスと交配して11番相同染色体が一方のみNSY由来であるヘテロ個体(ヘテロ)を作製し、表現型をNSYホモ、C3Hホモと比較解析することにより、11番染色体上遺伝子(群)のdose effectならびに遺伝様式の検討を行った。この結果、NSY由来の11番染色体上の遺伝子(群)は、糖尿病およびSTZ感受性に対して、相加的効果を示すことが明らかにした(Babaya N et al. Journal of Diabetes Research, 2013)。2これまで作製し報告してきたコンソミック(Babaya N et al., Diabetologia 53:1362-71, 2010)のターゲットとなる疾患感受性領域は比較的広く、より限局化された領域・遺伝子として同定するためには、新たなモデルの樹立が必要となる。より限局化された糖尿病感受性領域を有する系統(14番染色体コンジェニック)の樹立が終了し、その一部のデータを第48回欧州糖尿病学会年次学術集会において発表した(Babaya N et al., Diabetologia 55: Suppl 1:S267-268, 2012)。これまで作製し報告してきたコンソミック(Babaya N et al., Diabetologia 53:1362-71, 2010)のターゲットとなる疾患感受性領域は比較的広く、より限局化された領域・遺伝子として同定するために、新たなモデルの樹立を行った。本年度は、より限局化された糖尿病感受性領域を有する系統(14番染色体コンジェニック)の全解析を終了させ、論文投稿を行った(Babaya N, et al., BMC Genet 15, 2014, 1-10)。14番染色体コンソミック(R0)、14番染色体コンジェニック1(R1)、14番染色体コンジェニック2(R2)は、C3Hマウスに比し、負荷後血糖の有意な上昇を認めた。耐糖能障害の程度はR0で最も強く、R1とR2はともに中程度の耐糖能障害を示した。R0、R1、R2いずれにおいても空腹時インスリン値はC3Hマウスに比し高値であり、インスリン負荷試験における血糖低下反応が悪く、インスリン抵抗性の存在が示された。糖負荷後のインスリン反応は、R0、R1、R2のいずれにおいてもC3Hと有意差を認めず、インスリン分泌障害はこれらの系統における耐糖能障害の主たる原因ではないことが示唆された。体重・腹腔内脂肪はR2においてのみC3Hマウスに比し有意に重く、体重に対する腹腔内脂肪率は、R0、R1、R2のいずれにおいてもC3Hマウスに比し有意な上昇を認めた。R0、R1、R2、C3Hマウスにおけるレプチン濃度は、腹腔内脂肪量と有意な正の相関を、アディポネクチン濃度は、有意な負の相関を示した。NSYマウスにおけるレプチン濃度も、腹腔内脂肪量と有意な正の相関を示したが、その脂肪量の多さに比べるとレプチン濃度は、それほど上昇しなかった。

NSYマウスにおけるアディポネクチン濃度は、腹腔内脂肪量と相関を認めず、異常な高値を示した。以上の結果から、14番染色体上にマップした糖尿病関連遺伝子が複数のコンポーネントにより構成されていることが証明された。糖尿病本研究では3項目(12型糖尿病の原因となる遺伝子の同定、2遺伝子間相互作用、3遺伝子-環境間相互作用)に焦点を絞り実験を遂行してきた。111番染色体、14番染色体コンジェニックマウスの系統維持を行うとともに、表現系解析システムを構築した。14番染色体コンジェニックマウスに関しては、原因となる遺伝子領域に関して、現在論文投稿中である。2主要遺伝子座(Nidd1, Nidd2, Nidd3)をそれぞれ単独で有するシングルコンソミック系統を交配し、ポリコンジェニック系統の作出中である。遺伝子間相互作用を解析することが最終目標であるものの、これらの系統の作出には相当な時間を要することから、昨年度は作出の過程で得られた11番染色体ヘテロのコンソミックマウスを解析し報告した(Babaya N et al. Journal of Diabetes Research, 2013)。本年度では、14番染色体ヘテロのコンソミックマウスに関して、その表現型の解析を行い、現在論文執筆中である。上記より、「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究では3項目(12型糖尿病の原因となる遺伝子の同定、2遺伝子間相互作用、3遺伝子-環境間相互作用)に焦点を絞り実験を遂行してきた。111番染色体、14番染色体コンジェニックマウスの系統維持を行うとともに、表現系解析システムの構築を行った。また、14番染色体コンジェニックマウスに関しては、その一部のデータを第48回欧州糖尿病学会年次学術集会において発表しており(Babaya N et al., Diabetologia 55: Suppl 1:S267-268, 2012)、想定した以上の進展が認められている。さらに、6番染色体のコンジェニック系統の作製を開始した。2主要遺伝子座(Nidd1, Nidd2, Nidd3)をそれぞれ単独で有するシングルコンソミック系統を交配し、ポリコンジェニック系統の作出を開始した。遺伝子間相互作用を解析することが最終目標であるものの、これらの系統の作出には相当な時間を要することから、当初の計画にはないが、作出の過程で得られたヘテロのコンソミックマウスを解析し、同一遺伝子のdose effectに関して検討し報告した(Babaya N et al. Journal of Diabetes Research, 2013)。3当初の予定通り、コンソミックマウスの親系統(NSYマウスおよびC3Hマウス)に対してGene chipを用い肝臓での様々なmRNA発現量を比較検討し、さらに高ショ糖食負荷下での発現量も検討し報告した(Nojima K, Babaya N et al., EndocrineJournal60:261-274,2013)。当初予定の環境因子としての脂肪食負荷に関しては、未達成である。今後も3項目(12型糖尿病の原因となる遺伝子の同定、2遺伝子間相互作用、3遺伝子-環境間相互作用)に焦点を絞り研究を継続する。1これまでに準備したマウスの表現型解析を行う。11番染色体コンジェニックおよび6番染色体コンジェニック系統の樹立をすすめる。
微分同相群の研究

円周の微分同相群と円板の微分同相群の関係を整理し、特に、円周の微分同相群と円板の面積を保つ微分同相のなす群との間の重要な関係を見出した。すなわち、円板の境界の円周の微分同相を円板の体積要素を保つ微分同相に拡張できることを用いて、円周の微分同相群のオイラー類と円板の体積要素を保つ微分同相群のカラビ不変量の関係を明らかにした。さらに、微分同相群の正則性をリプシッツまで落としても上記の関係が成立することを示し発表した。2次元球面の微分同相群と3次元球体の微分同相群、3次元球面の微分同相群と4次元球体の微分同相群等、多様体の境界の微分同相群と多様体自身の微分同相群についても同様の関係を考察した。リプシッツ同相群についても組織的に研究し、新しい完全性定理を得た。また、3次元多様体の接触構造に関連して、射影的アノソフ流の高次元への一般化を考察し、その微分同相類について研究した。特に代数的に得られるモデルについて詳しく分析した。また、アノソフカ学系に関する情報を整理し、コンパクト葉をもたない正則な射影的アノソフ流に対し、応用して、いくつかの射影的アノソフ流の分類を得た。複素ベクトル場と複素接触構造について研究した。さらに、葉層構造の特性類と葉層構造のC*環について、とくに横断的に区分線形な対象への拡張を研究した。これに伴って、有限表示単純群についての知識を整理した。円周の微分同相群と円板の微分同相群の関係を整理し特に、円周の微分同相群と円板の面積を保つ微分同相のなす群との間の重要な関係を見いだした。円板の体積要素を保つ微分同相群について研究し、円板の境界の円周の微分同相を円板の体積要素を保つ微分同相に拡張できることを用いて、円周の微分同相群のオイラー類と円板の体積要素を保つ微分同相群のカラビ不変量の関係を明らかにした。二次元球面の微分同相群と3次元球体の微分同相群、3次元球体の微分同相群と4次元球体の微分同相群等、多様体の境界微分同相群と多様体自身の微分同相群についてもで紆余宇野関係を考察した。一般の体積要素を保つ微分同相の群のトポロジーを研究し、そのリー代数としての体積要素を保ベクトル場の研究を行った。微分同相、特に複数構造を保つ微分同相の力学系的性質、特にエルゴード的性質を研究した。また開多様体の微分同相群の部分群の不変集合の性質を考察した。様層構造の特性類について、その有理性、非有理性について研究した。また、様々な構造を保つ微分同相の芽のなす亜群についてその分類空間の特性類等を研究した。前年度の研究により得られた次の事実についての一般化の研究を行った。円周の微分同相群と円板の面積を保つ微分同相のなす群との間には重要な関係がある。すなわち、円板の境界の円周の微分同相は、円板の体積要素を保つ微分同相に拡張できることを用いて、円周の微分同相群のオイラー類と円板の体積要素を保つ微分同相群のカラビ不変量の関係が記述できる。一般化については、微分同相群の正則性をリプシッツまで落としても上記の関係が成立することを示し発表した。

また、3次元多様体の接触構造に関連して、射影的アノソフ流の高次元への一般化を考察し、その微分同相類について研究した。特に代数的に得られるモデルについて詳しく分析した。また、アノソフ力学系に関する情報を整理し、コンパクト葉をもたない正則な射影的アノソフ流に対し、応用して、いくつかの射影的アノソフ流の分類を得た。複素ベクトル場と複素接触構造について研究した。さらに、葉層構造の特性類と葉層構造のC*環について、とくに横断的に区分線形な対象への拡張を研究した。これに伴って、有限表示単純群についての知識を整理した。
印加電圧制御による微小物体の静電力マニピュレーション手法

本研究では微小物体静電力マニピュレーションにおいて,再現性の高いマニピュレーション手法を確立する事を目的とし,最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)の導出と電圧制御型微小物体静電力マニピュレーションの実機による実証を行った.最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)は,印加電圧の時間制御によってプローブからの物体離脱後,着地までの飛行プロセスを静電力で制御する事により,着地時におけ運動エネルギーを0(ゼロ)にするという条件から導出された.さらに,着地時における凝着現象のヒステリシスの存在より,着地においてあるエネルギーが吸収されることが判明したため,そのエネルギー吸収能と印加電圧曲線に対する電圧制御の許容誤差が見積もられた.導出された最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)を実現するために高電圧・高速応答のアンプ電源を設計した.この装置を用いて,直径30マイクロメートルの共晶金属粒子を対象として実験を行い,プローブ先端に凝着している粒子を実際に静電力によって基板上に配置することに成功した.これにより,印加電圧制御による微小物体の静電力マニピュレーション手法の有効性を実証し,本手法のIC実装などへの適用可能性を理論・実験の両面から示すことに成功した.本研究では微小物体静電力マニピュレーションにおいて,再現性の高いマニピュレーション手法を確立する事を目的とし,最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)の導出と電圧制御型微小物体静電力マニピュレーションの実機による実証を行った.最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)は,印加電圧の時間制御によってプローブからの物体離脱後,着地までの飛行プロセスを静電力で制御する事により,着地時におけ運動エネルギーを0(ゼロ)にするという条件から導出された.さらに,着地時における凝着現象のヒステリシスの存在より,着地においてあるエネルギーが吸収されることが判明したため,そのエネルギー吸収能と印加電圧曲線に対する電圧制御の許容誤差が見積もられた.導出された最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)を実現するために高電圧・高速応答のアンプ電源を設計した.この装置を用いて,直径30マイクロメートルの共晶金属粒子を対象として実験を行い,プローブ先端に凝着している粒子を実際に静電力によって基板上に配置することに成功した.これにより,印加電圧制御による微小物体の静電力マニピュレーション手法の有効性を実証し,本手法のIC実装などへの適用可能性を理論・実験の両面から示すことに成功した.物質の質量は大きさの3乗に比例するのに対し凝着力は大きさの1乗に比例するので,マイクロマニピュレーションにおいては固体間凝着力が無視できなくなる.マニピュレーション用のプローブに凝着した操作対象をそのプローブから離す為に,電圧を印加し静電力により凝着物質を脱離することは1つの有力な方策ではあるが,脱離後基板に着地させる事が難しい事が解っており,今まで定量的な評価と理論的な解析が成されていないために再現性および信頼性の点で問題がある.そこで,本研究では,微小体マニピュレーションにおいて,印加電圧の時間制御によってプローブからの物体離脱後,着地までの運動エネルギーを静電力によって制御し,再現性高く基盤に着地させる手法を確立するために理論・実験の両面から検討を行った.境界要素法計算に基づく広範囲にわたる理論的検討から,市販の電源を用いる限り非常に狭い範囲の条件でしか実験が出来ない事が判明した.プローブの先端形状を変更する事でその条件を若干広げることが出来ることを明らかにした.プローブの先端曲率を大きくする事で凝着力を下げることが出来,また,電圧印加によって発生する静電力はそれにより殆ど変化せず,低い電圧で離脱させる事が可能になり,また,離脱後の飛行中の静電力による加速も小さくする事ができる為である.また,付加的な成果として高電圧に起因する放電現象を抑制できる事も明らかになり,この観点からも可能条件範囲は広がったと言える.本研究では微小物体静電力マニピュレーションにおいて,再現性の高いマニピュレーション手法を確立する事を目的とし,最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)の導出と電圧制御型微小物体静電力マニピュレーションの実機による実証を行った.最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)は,印加電圧の時間制御によってプローブからの物体離脱後,着地までの飛行プロセスを静電力で制御する事により,着地時におけ運動エネルギーを0(ゼロ)にするという条件から導出された.さらに,着地時における凝着現象のヒステリシスの存在より,着地においてあるエネルギーが吸収されることが判明したため,そのエネルギー吸収能と印加電圧曲線に対する電圧制御の許容誤差が見積もられた.導出された最適プローブ印加電圧曲線(時間依存)を実現するために高電圧・高速応答のアンプ電源を設計した.この装置を用いて,直径30マイクロメートルの共晶金属粒子を対象として実験を行い,プローブ先端に凝着している粒子を実際に静電力によって基板上に配置することに成功した.これにより,印加電圧制御による微小物体の静電力マニピュレーション手法の有効性を実証し,本手法のIC実装などへの適用可能性を理論・実験の両面から示すことに成功した.
銅と炭化物の複合析出を利用したマルテンサイト系耐熱鋼の高強度化

これまでに申請者は,マルテンサイト(a')系耐熱鋼の高温域での強化手段として,炭化物とは析出サイトが異なるCu粒子の利用を提案し,9mass%Cr鋼のクリープ特性に及ぼすCu添加の影響を調査してきた.その結果,4%程度のCuの添加により破断寿命は大幅に改善されるが,その反面,Cu原子の粒界偏析に起因してクリープ変形時には粒界上で粗大なCu粒子が析出し,それらを起点として粒界クラックが発生するため破断延性が乏しくなることも判明した.今後,Cuを含有した耐熱鋼を構造部材として安全に使用するためには,高温での延性を改善することは必要不可欠である.そこで本年度は,脆化の原因であるCu原子の粒界偏析を抑制するため,第三元素を利用してCuを含有したa'系耐熱鋼の高温における延性の改善を試みた.Cu原子の粒界偏析の抑制法としては,粒界偏析元素を競合させるsite competitionという機構を応用し,Cuと同様に粒界に偏析し易く,しかも粒界に偏析してもクリープ特性に害を及ぼさないWを添加することによって,Cu原子の粒界偏析量を低減した.そして,化学成分を最適化したFe-9%Cr-4%Cu-1.5%W合金では,クリープ変形の際,粒界での粗大なCu粒子の析出が抑えられ,破断するまでに粒内変形が十分に起こっていた.その結果,高い高温強度を得ながら,しかもクリープ破断伸びを約2.5倍増大させることに成功した.これまでに申請者は,マルテンサイト(a')系耐熱鋼の高温域での強化手段として,炭化物とは析出サイトが異なるCu粒子の利用を提案し,9mass%Cr鋼のクリープ特性に及ぼすCu添加の影響を調査してきた.その結果,4%程度のCuの添加により破断寿命は大幅に改善されるが,その反面,Cu原子の粒界偏析に起因してクリープ変形時には粒界上で粗大なCu粒子が析出し,それらを起点として粒界クラックが発生するため破断延性が乏しくなることも判明した.今後,Cuを含有した耐熱鋼を構造部材として安全に使用するためには,高温での延性を改善することは必要不可欠である.そこで本年度は,脆化の原因であるCu原子の粒界偏析を抑制するため,第三元素を利用してCuを含有したa'系耐熱鋼の高温における延性の改善を試みた.Cu原子の粒界偏析の抑制法としては,粒界偏析元素を競合させるsite competitionという機構を応用し,Cuと同様に粒界に偏析し易く,しかも粒界に偏析してもクリープ特性に害を及ぼさないWを添加することによって,Cu原子の粒界偏析量を低減した.そして,化学成分を最適化したFe-9%Cr-4%Cu-1.5%W合金では,クリープ変形の際,粒界での粗大なCu粒子の析出が抑えられ,破断するまでに粒内変形が十分に起こっていた.その結果,高い高温強度を得ながら,しかもクリープ破断伸びを約2.5倍増大させることに成功した.
ｍＲＮＡスプライシングの異常が組織特異的疾患を引き起こすメカニズムの解析

哺乳類培養細胞において、スプライソソームの構成因子をアンチセンスオリゴを用いることにより個別に阻害したところ、全てのケースにおいてアンチセンスオリゴの濃度依存的にスプライシングを阻害することができた。また、阻害の結果、細胞の生存率が減少したが、その影響は細胞株によって異なることが明らかとなった。また、スプライシング阻害剤処理によって、マウス3T3-L1細胞の脂肪分化が抑制された。この阻害は、スプライシング阻害剤を加えるタイミングによって影響を受けることも明らかとなった。スプライシング反応を司るスプライソソームは、U1, U2, U4, U5, U6 snRNAと約200個のタンパク質からなる高分子複合体である。これらsnRNAの量比は様々な組織において異なっていることが知られており、この違いが組織特異的なスプライシングパターンの違いを生み出していることを示唆する報告もある。マウスNIH3T3-L1細胞は、適切な条件化で培養することにより、脂肪細胞へと分化することが知られている。我々は、分化前後のsnRNAの量比の比較を行ない、分化の初期段階においてU1 snRNAとU4 snRNAが顕著に増加していることを明らかにした。また、HeLaなどの他の細胞と比較し、NIH3T3-L1細胞はU2 snRNAの阻害に対して高い感受性を示すことも明らかとなった。我々は現在までに、様々な組織由来の細胞内でのスプライソソームの構成因子であるsnRNA量比の測定を行なった。HeLa細胞を標準とすると、いくつかの細胞では、これらのsnRNAのうちU1 snRNAの量が少ないことが明らかとなった。また、これらの細胞中でアンチセンスオリゴを用いて、それぞれ個別のsnRNAをノックダウンし、その際の細胞生存率も測定した。また、マウスNIH3T3-L1細胞は、適切な条件化で培養することにより、脂肪細胞へと分化することが知られている。我々は、分化前後のsnRNAの量比の比較も行ない、いくつかのsnRNA量が分化に伴い変化していることが明らかとなった。研究計画の通り、様々な細胞/組織におけるsnRNAの量と、その阻害レベル、細胞の生存率などの関係を検討することができた。予定していた次世代シークエンサーを用いたスプライシングパターンの変化の解析を行なうことができなかったが、当初予定になかったマウスNIH3T3-L1の分化前後のsnRNA量比を測定することができたため、おおよそ順調に進展していると考えている。今後は、今年度中に得られた結果をもとに、様々な組織においてスプライシング異常の影響を受けやすい遺伝子の探索を行なう予定である。具体的には、スプライシング異常の影響を受けやすい細胞株を解析の対象として、次世代シークエンサーを用いスプライシング変化を引き起こしている遺伝子の特定も行なう。また、マウス3T3-L1細胞を用いることにより、より生理的な条件で起こるsnRNAの量比の変化とスプライシングパターンの変化を解析して行く予定である。該当なし
非平衡動的平均場理論の展開と低次元強相関系への応用

本年度は、(1)非平衡強相関系を扱うための手法開発、特に非平衡動的平均場理論の拡張、および(2)それらの手法を超伝導体に適用して新たな物理現象の解析に応用すること、の主に二つのテーマに取り組んだ。(1)非平衡動的平均場理論は強相関系の非平衡現象を扱う強力な解析手法として確立されているが、その限界は自己エネルギーを局所近似することにある。我々は前年度に引き続き、非平衡動的平均場理論をクラスター拡張した非平衡動的クラスター理論の開発を行った。これにより、クラスター内の短距離の非局所的な相関効果を取り込みながら系の時間発展を計算することができるようになった。しかし、現実的な計算量の範囲ではクラスターは2x2などの小さいサイズに制限される。さらに長距離の非局所相関効果を考慮するために、動的平均場理論(DMFT)と揺らぎ交換近似(FLEX)を組み合わせた新しい手法(FLEX+DMFT)を提案した。これはDMFTにより自己エネルギーの局所部分を、FLEXによりそれ以外の非局所部分を長距離まで自己無撞着に取り入れる方法論である。FLEX+DMFTを2次元のハバード模型に適用し、ドーム状のd波超伝導相図を得た。ドーム構造はFLEX単独では見られなかった結果で、相関効果の特徴的なfilling依存性を反映している。(2)非平衡動的平均場理論を引力ハバード模型に適用して、振動電場によって定常的に駆動されている超伝導体のダイナミクスを調べた。その結果、超伝導秩序パラメーターが振動電場の2倍の周波数で強制振動すること、振動電場の周波数が超伝導ギャップの半分になるところで秩序パラメーターの振動が発散的に増幅されることを見出した。これは超伝導体の集団励起モードであるヒッグスモードと外場による振動が共鳴したためと解釈される。相関効果によりヒッグスモードの寿命に反比例する共鳴幅が生じる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、(1)非平衡動的平均場理論をクラスター形式に拡張し、非局所的な空間揺らぎを取り込みながら強相関系の時間発展を計算する手法の提案を行ったこと、(2)非平衡動的平均場理論を反強磁性体、超伝導体、電子格子系、トポロジカル系へ応用すること、の主に二つのテーマに取り組んだ。(1)非平衡動的平均場理論は強相関系の実時間発展を計算できる有力な手法であるが、その限界は自己エネルギーを局所近似することにある。そこで我々は、自己エネルギーの非局所成分を取り込みながら非平衡状態を扱うことができる「非平衡動的クラスター理論」を提案した。これは、強相関系の格子モデルを有効媒質中のクラスターモデルに置き換えて自己無撞着に解く手法であり、近距離の相関効果がクラスターサイズの範囲内で取り込まれる。開発した非平衡動的クラスター理論を1次元と2次元のハバード模型に適用した。クラスターソルバーとしては、簡単のため反復摂動法を用いた。1次元系に対して数値的に厳密な時間依存密度行列繰り込み群の結果と比較することにより、クラスターサイズに収まる局所的な物理量に関しては十分に信頼できる結果が得られることがわかった。2次元系に適用することで、非局所揺らぎに起因した波数に依存した緩和ダイナミクスが現れることを明らかにした。(2)非平衡動的平均場理論の適用範囲を広げるために、様々な拡張を行った。反強磁性体に対しては副格子の自由度を、超伝導体に対しては南部ゴルコフ形式を、トポロジカル系に対しては複数のバンド自由度を取り入れた実装を行った。電子格子系については、反強磁性・超伝導・電荷秩序相を対等に扱うことができるようにし、特に秩序相として超伝導と電荷秩序が共存した超固体相が安定に存在することを明らかにした。

その結果、超伝導秩序パラメーターが振動電場の2倍の周波数で強制振動すること、振動電場の周波数が超伝導ギャップの半分になるところで秩序パラメーターの振動が発散的に増幅されることを見出した。これは超伝導体の集団励起モードであるヒッグスモードと外場による振動が共鳴したためと解釈される。相関効果によりヒッグスモードの寿命に反比例する共鳴幅が生じる。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していた通り、本年度は非平衡動的平均場理論がこれまで抱えていた限界である自己エネルギーの局所性を、提案された非平衡動的クラスター理論により原理的に解決することができた。これは非平衡強相関系を扱う理論手法として大きな前進と言え、目標であった自己エネルギーの非局所性が特に重要になる低次元強相関系への本格的な適用が見えてきた。計画されていたように、Eckstein (Hamburg大)、Barmetter (Geneva大)、Werner (Fribourg大)との共同研究も順調に進んでいる。また、新たにHerrmann (Fribourg大)との共同研究も始め、さらに本研究課題を強力に押し進める準備も整っている。非平衡動的クラスター理論の形式的な部分は確立したが、その実装に当たって必要となるクラスターソルバーは反復摂動法という簡単な近似手法を使っている段階にとどまっている。相互作用が弱い領域ではこれでよいが、強相関系に適用する上ではより精度の高い数値手法に改良しなければならない。具体的には、弱結合摂動展開に基づいた連続時間量子モンテカルロ法をクラスター拡張して実装することが考えられる。また、ファリコフ・キンボール模型のようなクラスター問題が数値的に厳密に解けるような模型で、非平衡動的クラスター理論のベンチマークを行う方向も考えられる。非平衡動的平均場理論の超伝導体への応用に関しては、これまで従来型のs波超伝導体を考えてきたが、d波などの異方的超伝導のダイナミクスについても興味が持たれるところである。異方的超伝導体では非局所的なゆらぎの効果が重要なので、開発中の非平衡動的クラスター理論を応用することができる。電子格子系については、これまでの研究で平衡状態を秩序相まで含めて扱うことができるようになったので、今後は非平衡系への適用を目指す。ミグダル近似などを用いて、フォノンと電子の両者のダイナミクスを対等に扱える枠組みの確立を目指す。
原子層エピタキシ-選択成長による低次元量子構造作製に関する研究

本年度は原子層成長(ALE)を用いた低次元量子構造作製プロセス開発を目的としてALE選択成長機構解明に重点を置き、ALE技術の潜在能力を引き出し新たなプロセス技術を開発した。更にALE選択成長により作製した微細量子構造の基礎的な光物性評価を行い明確な一次元閉じ込め効果を観測した。本年度の成果は以下のとおりである。(1)成長モード切り替え技術の開発、極微細領域中の局在ALE成長の機構解明ALEにおける面方位選択成長機構を解明した。この結果、成長シーケンスによりALE成長中の表面反応の選択的な制御が可能であることを見出し、ALE成長モード切り替え(isotropic〈-〉anisotropic)技術を確立した。さらに低次元量子構造を作製するうえで重要となる極微細領域における成長速度の変動についても検討を行った。そしてALEの特徴である自己停止機構によりナノメートルエリアにおいても異常成長のない均一な局在ALE成長が可能であることを示した。(2)ALE成長薄膜の結晶性向上結晶成長中における炭素原子混入の低減について検討を行った結果、GaAsALE成長において赤外光照射が有効であることを示した。(3)ALE成長モード切り替え技術を用いた低次元量子構造作製プロセスの開発上記(1),(2)の結果をもとにALEを用いた低次元量子構造の作製プロセスを開発し、矩形量子細線の作製に成功した。(4)低次元量子構造における量子サイズ効果の観測、解析ALE選択成長により作製した矩形量子細線からのフォトルミネッセンス(PL)発光を観測し、そのPLスペクトル及び偏光依存性から一次元閉じ込め効果を観測した。また、量子細線構造特有の価電子帯における電子状態の観測に成功した。
代数体の整環の密度

有限次代数体Kに対して,つぎのようなDiriclet級数etak(s)を考える。ここで,O_kはKの整数環であり,OはKの整環全体をわたる.このDiriclet級数etak(s)はオイラー積を持つことがわかる.[K:Q]=nとすれば,etak(s)のオイラーp^-因子の決定は,(n-1)(n-2)/2変数の(3次以下の)連立合同式の解の個数を計算することに帰着される.n=4の場合にこの計算を遂行することに成功して次のような結果を得た.4次体Kに対して,etak(s)はRes>2/3で絶対収束するオイラー積Hk(s),Kのガロア閉包の適当な中間体のデデキントのゼータ関数,およびzeta(4s-2)zeta(6s-3)の積としてかける.ここで,zeta(s)はリーマンのゼータ関数である.したがって,etak(s)はRes>1で絶対収束し,Res>2/3における有理型関数に解析接続される.Res>2/3における極はs=1だけであり,その位数rhoはガロア群が対称群,交代群の場合は1であり,二面体群,巡回群の場合は2であり,(2,2)型アーベル群の場合は3である.この結果と池原のタウバ-型定理を用いれば,4次体Kに整環の個数に関して次のような漸近公式を得る.ここで,ckは正の定数である.以上の結果は専門雑誌に投稿中である.有限次代数体Kに対して,つぎのようなDiriclet級数etak(s)を考える。ここで,O_kはKの整数環であり,OはKの整環全体をわたる.このDiriclet級数etak(s)はオイラー積を持つことがわかる.[K:Q]=nとすれば,etak(s)のオイラーp^-因子の決定は,(n-1)(n-2)/2変数の(3次以下の)連立合同式の解の個数を計算することに帰着される.n=4の場合にこの計算を遂行することに成功して次のような結果を得た.4次体Kに対して,etak(s)はRes>2/3で絶対収束するオイラー積Hk(s),Kのガロア閉包の適当な中間体のデデキントのゼータ関数,およびzeta(4s-2)zeta(6s-3)の積としてかける.ここで,zeta(s)はリーマンのゼータ関数である.したがって,etak(s)はRes>1で絶対収束し,Res>2/3における有理型関数に解析接続される.Res>2/3における極はs=1だけであり,その位数rhoはガロア群が対称群,交代群の場合は1であり,二面体群,巡回群の場合は2であり,(2,2)型アーベル群の場合は3である.この結果と池原のタウバ-型定理を用いれば,4次体Kに整環の個数に関して次のような漸近公式を得る.ここで,ckは正の定数である.以上の結果は専門雑誌に投稿中である.
肝切除後門脈圧亢進の病態生理学的意義についての研究:肝免疫からみた肝再生の評価

肝臓胆道外科では、近年大量肝切除および肝臓を含めた他臓器の合併切除が増加している。それに伴い、肝切除後肝再生における肝組織中の細胞性免疫が重要であることが判明しつつある。しかし、いまだ肝切除後の肝再生の機序については不明なことが多い。この研究では、ラットモデルにおいて肝切除後の急性門脈圧亢進がshear stressとしての肝再生のトリガーとなりうるかどうかについて検討した。門脈圧は70%、90%肝切除後すぐに上昇し、3病日に最高値となり、その後肝再生の減少とともに下降した。90%肝切除後の門脈圧は7病日でさえも、70%肝切除後よりも有意に高値であった。70%肝切除では4病日に肝重量は正常に戻り、90%肝切除では7病日に戻った。この間、脾臓の重量は上昇したままだが、胸腺の重量は高い門脈圧に一致して7病日に著明に減少した。70%肝切除における肝類洞内皮細胞のclass I抗原発現は2病目が最も高く、14病日にはコントロール値に戻った。正常肝臓におけるclass I抗原発現は、最も門脈圧の高い門脈周囲においてのみみられるが、70%肝切除では門脈周囲領域から中心静脈領域にかけての肝類洞内皮細胞に発現していた。これらのことより、肝再生後の急性門脈圧亢進は肝細胞だけでなく肝類洞内皮細胞の再生のトリガーとなり、高度な急性門脈圧亢進では肝機能不全を引き起こすことが示された。肝切除後の肝不全を大きく分けると肝炎型と循環障書型に分けられる。我々はこの病態や肝切除後肝再生のメカニズムを解明するために以下を検討中である.1)我々は肝再生のトリガーとなり再生の収束をも支配するのは門脈圧が肝細胞に直接及ぽす"shear stress"であると推測している。shear stressは血管内皮細胞の再構築のトリガーとして報告されているが、肝内の解剖を考慮すると、肝内の血管内皮細胞である類洞内皮細胞にはsieve plate(櫛板)があり、直接肝細胞に門脈血流が当るようになっており、肝細胞にも血管内皮細胞と同様に再生を促すレセプターシステムが存在する可能性が考えられる。70%肝切除のような生理的な範囲のstressの増加では順調な再生が起こりうるし、90%肝切除のような退剰なstressが持続するような場合、肝不全に陥る場合がある。2)肝切除後肝不全について検討するために、肝切除後肝再生における基本的な免疫学的、生理学的メカニズムについて検討し、次に循環障害型として90%部分肝切除を用い、肝炎型モデルとして70%肝切除後IFN-γ投与モデルを作成中である。70%、90%の肝切除を施行し、経時的に肝重量、門脈圧、肝機能凝固能、抗Brdu抗体やclass I、II抗原抗体を用い、免疫染色を行い再生状態やsinusoidal lining cellのclass I、II抗原発現につき検討中である。現在、このshear stress theoryの仮説検証のために、上記実験を施行し、結果を解析中である。肝臓胆道外科において、近年、大量肝切除および肝臓を含めた他臓器の合併切除が増加している。さらに我々は、肝再生のトリガーとなり再生の収束をも支配するのは門脈圧が肝細胞に直接及ぼす“shear stress"であると推測している。本研究は、門脈圧と免疫学的関連性から肝再生と肝切除後の肝不全の病態を解明する事を目的とし、下記の研究を施行している。ラットを用い70%肝切除、90%肝切除を行い、各々経時的に肝重量、肝機能、凝固能、classI,classII抗原などを測定し、肝切除後の肝再生状態における種々のパラメータの変動を検討しております。

さらに、肝切除後肝不全を検討するために、エンドトキシン投与後肝切除後肝再生における、TNFαやPAFや、種々のパラメーターを測定しております。
HTLV-1による慢性炎症修飾の関連解明を目指したコホート研究

長崎県の離島地域はHTLV-1の高侵淫地域であるが、平成29年度の研究活動によって長崎県五島市に研究フィールド(一般住民コホート)を構築したため、平成30年度も五島市の一般住民健診と連携しながらサンプルとデータの収集を行った。平成30年度には、主に玉之浦町と奈留町で調査・研究を実施し、534人(男性204人(38.2%)、女性330(61.8%))の住民から研究協力の同意を得た上で生活習慣等の環境因子情報、基本的身体データ、動脈硬化関連データ(頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)、心臓足首血管指数(CAVI)、AI値(Augumentation Index)、中心動脈圧)、リウマチ・膠原病関連データ、歯科検診データ、骨密度データ等と血液サンプルを取得した。一次解析の結果、各測定値の平均値は次の通りであった。BMI(男性):24.2(25.0以上の住民は76人(37.3%))、BMI(女性):23.3(25.0以上の住民は90人(27.3%))、血圧:131.1/72.1mmHg(高血圧の住民は421人(うち降圧薬内服中の住民は261人))、HbA1c:5.7%、LDLコレステロール:119mg/dL、中性脂肪:103mg/dL、HDLコレステロール:62mg/dL、尿酸:5.4mg/dL、CIMT:0.68mm、CAVI:8.51。平均CIMTが1.1mm以上の住民は3名(0.56%)、プラークが認められた住民は101名(18.91%)、平均CAVI値が9.0以上の住民は134名(33.75%)、平均足関節上腕血圧比(ABI)が0.9未満の住民は1名(1.61%)であった。本研究は、HTLV-1による慢性炎症の修飾に関するコホート研究であり、コホート全域(五島市全域)のHTLV-1感染実態を明らかにするとともに、複数の慢性炎症性疾患(動脈硬化、関節リウマチ、歯周疾患など)をターゲットとしてHTLV-1との関連解明を目指している。初年度(平成29年度)に登録された1,724人に加えて、平成30年度には534人のデータとサンプルを収集することができ、データベースへの登録とサンプルの凍結保存は順調に進んでいる。このデータ・サンプルの収集と並行して登録者の追跡調査を平成29年度から開始しているが、平成30年度には新たに眼科の協力を得て調査対象疾患としてHTLV-1との関連が注目されているぶどう膜炎を加えた。平成29年度に動脈硬化とHTLV-1との関連を明らかにしたが、ぶどう膜炎に関する研究体制を整えたことで本コホート研究の充実が期待される。また、本研究では生活習慣や各種バイオマーカーと慢性炎症性疾患(動脈硬化、関節リウマチ、歯周疾患など)との関連解析を計画しているが、平成30年度には研究成果として8本の論文発表を行った。本研究は、五島市の一般住民健診と連携して推進する計画であり、3年間をかけて五島市全域からのデータとサンプルの収集を行う予定である。今後は平成29・30年度に調査対象とならなかった地域(岐宿町、富江町、三井楽町)を対象として調査に入り、五島全域からのデータとサンプルの収集を行う。そして、研究登録した住民全例に対して抗HTLV-1抗体、抗CCP抗体、高感度CRPを測定するとともに、全例のDNAを抽出し遺伝子要因(遺伝子多型)の解析や炎症性サイトカインの測定について準備を整える。また、データとサンプルの収集と並行して、主に動脈硬化性疾患、リウマチ・膠原病、ブドウ膜炎に関する追跡調査(医療情報や死亡・転居情報の収集等)を行い、リウマチ・膠原病、歯周疾患、ブドウ膜炎とHTLV-1との関連について予備解析を行う。HTLV-1の高侵淫地域である五島市において、一般住民健診と連携した住民コホートを構築した。平成29年度の研究活動では、1,724人(男性613人(35.6%)、女性1,111(64.4%))の住民から研究協力同意を得た上で生活習慣等の環境因子情報、基本的身体データ、動脈硬化関連データ(頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)、心臓足首血管指数(CAVI)、AI値(Augumentation Index)、中心動脈圧)、リウマチ・膠原病関連データ、歯科検診データ等と血液サンプルを取得した。一次解析結果では、平均CIMTが1.1mm以上の住民は14名(0.81%)、プラークが認められた住民は184名(10.67%)、平均CAVI値が9.0以上の住民は357名(31.79%)、平均足関節上腕血圧比(ABI)が0.9未満の住民は14名(1.25%)であった。今回、2014年から2017年の健診受診者のうち、40歳以上の成人2,184名(男性810名、女性1,374名)を対象としてHTLV-1と動脈硬化との関連を解析した。その結果、CLEIA法、RT-PCR法、WB法で確認したHTLV-1陽性者は401名(18.6%)であった。また、年齢と性別をマッチさせたHTLV-

1陰性者401名をコントロールとして多変量線形解析を行った結果、既知の動脈硬化リスク因子(年齢、性別、BMI、収縮期血圧、HbA1c、LDLコレステロール、HDLコレステロール、喫煙)を調整した後もHTLV-1感染と平均CIMTとは有意な正の相関(β=0.07、p=0.028)を認めた。HTLV-1はNFκB、cAMP応答配列結合タンパク(CREB)、CREB活性化転写因子などの活性化を介してサイトカイン産生を促進することが知られており、産生された炎症性サイトカインが慢性炎症(動脈硬化)に関与した可能性が示唆された。本研究ではHTLV-1による慢性炎症修飾の関連解明を目指したコホート研究であり、コホート全域のHTLV-1感染状況を明らかにするとともに、複数の慢性炎症性疾患(動脈硬化、関節リウマチ、歯周疾患)をターゲットとしてHTLV-1との関連を解明するよう研究計画を立てている。初年度となる平成29年度に1,724人の各種データとサンプルを収集し、データベースへの登録とサンプルの凍結保存が順調に進んだ。また、市内の医療機関の協力を得たことで診療情報を収集することができ、さらに、自治体(長崎県五島市)との覚書締結や厚生労働省へ死亡個票の目的外使用申請を行うことで、研究協力者の追跡調査体制を整え順調にデータを収集することができた。そして、過去のサンプルを含めてHTLV-1感染状況を確認した結果、成人のHTLV-1陽性率は18.6%と高率であることが確認され、ターゲットの慢性炎症性疾患の一つである動脈硬化とHTLV-1とは有意な正の相関を認めたことから、本研究の大きな目標であったHTLV-1の感染実態と慢性炎症との関連について明らかにすることができ、順調に進展していると評価できる。長崎県の離島地域はHTLV-1の高侵淫地域であるが、平成29年度の研究活動によって長崎県五島市に研究フィールド(一般住民コホート)を構築したため、平成30年度も五島市の一般住民健診と連携しながらサンプルとデータの収集を行った。平成30年度には、主に玉之浦町と奈留町で調査・研究を実施し、534人(男性204人(38.2%)、女性330(61.8%))の住民から研究協力の同意を得た上で生活習慣等の環境因子情報、基本的身体データ、動脈硬化関連データ(頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)、心臓足首血管指数(CAVI)、AI値(Augumentation Index)、中心動脈圧)、リウマチ・膠原病関連データ、歯科検診データ、骨密度データ等と血液サンプルを取得した。一次解析の結果、各測定値の平均値は次の通りであった。BMI(男性):24.2(25.0以上の住民は76人(37.3%))、BMI(女性):23.3(25.0以上の住民は90人(27.3%))、血圧:131.1/72.1mmHg(高血圧の住民は421人(うち降圧薬内服中の住民は261人))、HbA1c:5.7%、LDLコレステロール:119mg/dL、中性脂肪:103mg/dL、HDLコレステロール:62mg/dL、尿酸:5.4mg/dL、CIMT:0.68mm、CAVI:8.51。平均CIMTが1.1mm以上の住民は3名(0.56%)、プラークが認められた住民は101名(18.91%)、平均CAVI値が9.0以上の住民は134名(33.75%)、平均足関節上腕血圧比(ABI)が0.9未満の住民は1名(1.61%)であった。本研究は、HTLV-1による慢性炎症の修飾に関するコホート研究であり、コホート全域(五島市全域)のHTLV-1感染実態を明らかにするとともに、複数の慢性炎症性疾患(動脈硬化、関節リウマチ、歯周疾患など)をターゲットとしてHTLV-1との関連解明を目指している。初年度(平成29年度)に登録された1,724人に加えて、平成30年度には534人のデータとサンプルを収集することができ、データベースへの登録とサンプルの凍結保存は順調に進んでいる。
発光を用いたガラス加工表面の構造および破壊機構の研究

本研究期間に本課題に対して以下の知見が得られた。1.表面を研削したシリカガラス熱処理すると表面付近でOH含有量が低下するとともに構造欠陥の生成による吸収帯が生成した。これらの変化の程度は表面の研削状態および表面の曲率に依存する。2.研削表面の構造解析手段としてエキシマレーザー照射による発光特性およびそれに及ぼすエッチングの効果を調べた。エッチング前には1.9eV,3.2ev付近および2.9-2.7eVにピークを持っていた発光がみられたが,エッチングにより弱くなり2.4eV付近にピークを持つようになった。3.波長1064,532,355,266nmに対するシリカガラスのバルクレーザー損傷しきい値をしらべた。1064--355nmでは合成シリカガラスの損傷しきい値は波長の0.43乗に比例した。266nmにおける損傷しきい値は2光子吸収が関与するためにこれらの値からの外挿値の1/2程度であった。4.エキシマレーザーおよX線誘起吸収に対してはVAD法で合成したOH基を40ppm含むシリカガラスは照射初期の吸収強度は比較的大きいもののその後照射を続けても他の材質に較べて吸収増加の割合が少ないことがわかった。この材料は現状で得られるシリカガラスのうち最も真空紫外透過特性に優れているため,真空紫外光用の光学材料として今後有望と考えられる。5.シリカガラスのバルクおよび表面の構造および物性について計算機シミュレーションによる研究を計画したが,今回はプログラムの開発にとどまった。本研究期間に得られた成果をもとに,今後エッチングの表面破壊強度や熱処理時の表面構造変化に及ぼす影響を発光による評価と比較しながら研究していく予定である。OH基含有量の異なるシリカガラス対して,高出力レーザー(波長1064,333,355,266nm)を照射したときにガラス内部が破壊するしきい値とエキシマレーザーおよびX線誘起吸収との比較を行った。その結果,エキシマレーザーやX線による誘起吸収強度の増加率と波長266nmのレーザーによる破壊しきい値の間に相関があることがわかった。エキシマレーザー用に使用されているシリカガラス(OH基含有量約1000 ppm)にArFレーザー(193 nm)を照射すると,5.8eVにピークをもち半値幅が0.62eVの単一の吸収帯が生じるのに対して,KrFレーザー(248nm)を照射したときには、5.8eVの吸収帯に加えて,ピーク位置が5.4eV,半値幅0.62eVの吸収帯が生じていることがわかった。また,ArFレーザー照射済みのサンプルにKrFレーザーを照射したところ,5.4eV帯が消滅したが,5.8eV帯強度は変わらなかった。表面を研削または研磨したシリコンガラスにエキシマレーザー(波長248nm,193nm)を照射したときに生じる発光スペクトルは,素材のOH基含有量およびCI含有量に強く依存することが明らかになった。現在データを波形分離により解析中である。以上のような実験的な研究と並行して,表面構造を分子動力学法による計算機シミュレーションにより研究するためのプログラムの開発に着手した。次年度は、実験的研究と並行して,計算機シミュレーションによる研究を行い,シリカガラス表面の構造および破壊機構の解明を進めていく予定である。

エッチング前には1.9eV,3.2eV付近および2.9-2.7eVにピークを持っていた発光がみられたが,エッチングにより弱くなり2.4eV付近にピークを持つようになった。3.波長1064,532,355,266nmに対するシリカガラスのバルクレーザー損傷しきい値をしらべた。1064--355nmでは合成シリカガラスの損傷しきい値は波長の0.43乗に比例した。266nmにおける損傷しきい値は2光子吸収が関与するためにこれらの値からの外挿値の1/2程度であった。4.エキシマレーザーおよX線誘起吸収に対してはVAD法で合成したOH基を40ppm含むシリカガラスは照射初期の吸収程度は比較的大きいもののその後照射を続けても他の材質に較べて吸収増加の割合が少ないことがわかった。この材料は現状で得られるシリカガラスのうち最も真空紫外透過特性に優れているため,真空紫外光用の光学材料として今後有望と考えられる。5.シリカガラスのバルクおよび表面の構造および物性について計算機シミュレーションによる研究を計画したが,今回はプログラムの開発にとどまった。本研究期間に得られた成果をもとに,今後エッチングの表面破壊強度や熱処理時の表面構造変化に及ぼす影響を発光による評価と比較しながら研究していく予定である。
機械的刺激ドープによる金錯体の発光色制御

置換基を体系的に変化させた前駆体を複数用意し、これらのカップリング反応によって48種もの金イソシアニド錯体を合成した。これらの錯体のうち、28種の金錯体がメカノクロミズムを示し、青から橙色の多様な発光色を示した。また、このうちの一つの金錯体が「結晶ー結晶相転移」に伴うメカノクロミズムを示すことを見出した。一般的なメカノクロミック分子はほとんどの場合「結晶ーアモルファス相転移」に基づいて起こるため価値ある発見である。本研究によって特異なメカノクロミック分子を合成するための分子設計指針に確立につながると考えている。本研究では、メカノクロミズムを利用した発光色制御に取り組む。メカノクロミズムは機械的刺激を印加することで、単一の化合物の固体の発光色1が発光色2に変化する現象である。本研究ではAFMを用いて結晶の一部のみの発光色を変化させ、発光色1と2の混合により発光色3を作り出す。機械的刺激を印加する力の程度や結晶面に対する方向を制御することで、たった1つのメカノクロミック化合物から発光をフルカラーチューニングすることを目指す。現在までに、機械的刺激によりある金イソシアニド錯体の結晶の一部にのみ機械的刺激を印加しその部分のみ発光色を変換可能か調査を試みている。先端が微小なカンチレバーを用い、単結晶に対して的確に機械的刺激を印加する条件を検討中であり、結晶の一部のみ発光の切り替えにはまだ成功していない。一方、上記の検討の過程で金イソシアニド錯体の前例のない光誘起結晶相転移挙動を明らかにした(Chem. Sci. 2015, 6, 1491-1497)。またこの錯体は、紫外線を照射するだけでジャンプすることを明らかにしており、新規アクチュエーターとしての応用が期待できる。この他にも固相の4色発光を切り替え可能な金イソシアニド錯体の合成とその結晶構造解析にも成功している(Chem. Sci. 2015, 6, 2187-2195)。ここで得られた成果を参考に、原子間力顕微鏡による微小領域の発光の制御に加え、今後アクチュエータとしての特性や多色発光特性も合わせて検討を行う予定である。機械的刺激を印加する程度を制御することで、たった1つの化合物から発光をフルカラーチューニングすることを目指した。金イソシアニド錯体の構造類縁体の効率的な合成を目指し、48種の錯体R1-R2を合成した。これらの錯体は、R1位に6種、R2位に8種の電子吸引性・電子供与性の置換基を有しており、それら置換基の種類によって結晶構造や発光特性が異なることが期待される。このうちの28種もの化合物がメカノクロミズムを示すことを明らかにし、青から橙に及ぶ多様な発光特性示すことを見出した。また、全ての錯体の単結晶構造解析を行い、このうちの一つの化合物が「結晶ー結晶相転移」に伴うメカノクロミズムを示すことを見出した。本成果は、J. Am. Chem. Soc.誌への掲載が確定している(DOI: 10.1021/jacs.6b02409)。本研究では、機械的刺激によりある金イソシアニド錯体の結晶の一部にのみ機械的刺激を印加しその部分のみ発光色を変換可能か調査を試みている。微小なカンチレバーを用い、単結晶に対して的確に機械的刺激を印加することが困難であり、局所的な発光の切り替えにはまだ成功していない。現在は、バネ定数や共振周波数の異なる種々のカンチレバーを用い、局所的な発光特性の切り替えが可能か検討している。一方、上記の検討の過程で金イソシアニド錯体の前例のない光誘起結晶相転移挙動を明らかにし、論文として報告した(Chem. Sci. 2015, 6, 1491-1497)。金原子間相互作用を形成している金錯体は、励起状態でその結合が強くなることが知られていたが、これまでは溶液中の短寿命励起種としてのみ実験的な観測がなされていた(T. Taharaら、J. Am. Chem. Soc. 2013, 135,538-541)。

一方我々は、この現象が結晶内部の金属錯体にもに起こることを初めて明らかにし、その結果、結晶内部の分子配列が変化する相転移を示す。相転移前後の単結晶構造解析にも成功し、詳細な分子間相互作用の切り替わりに関しても明らかにすることができた。この他にも固体4色発光を切り替え可能な金イソシアニド錯体の発見とその構造解析にも成功しており、論文として報告している(Chem. Sci. 2015, 6, 2187-2195)。これらの得られた成果は、本プロジェクト遂行の新しい指針を与えている。これまで得られた成果を参考に、AFMによる微小領域の発光の変化だけでなく、光応答性や多色発光特性も合わせて検討を行う予定である。化学今後の予定は以下のように考えている。(1)緑発光を示す錯体1の結晶の一部にAFMカンチレバーを用いて機械的刺激を印加しその部分のみ発光色を変換可能か検討する。更に、機械的刺激を印加する方法(力の強さやサイズ、向きなど)を種々検討し、様々な発光色を創出できるのかを検討する。(2)錯体1の構造類縁体を種々合成し、メカノクロミズム挙動のチューニングを試みる。機械的刺激を利用した発光色の制御に適した類縁体を合成しそれ以降の検討を行う。(3)ボールミルを用いて機械的刺激を印加し、メカノクロミズムが完結するのに要する最短の時間Tを算出する。次にボールミル時間を0からTまでの間で様々に変え、発光色が段階的に変化するのかを調査する。(4)ダイヤモンドアンビルセルを用い、錯体1の結晶に等方的な力を加え発光色を変化させる。AFMなどを用い特定の方向に機械的刺激が与えられた場合と異なる発光色変化を示すのかを調査する。(5)これまでに得られた成果をもとに、光応答性や刺激応答型の多色発光特性も合わせて検討を行う。残額は、比較的少額であり、当初の計画通り予算をほぼすべて執行し研究推進のため有効活用できた。今年度予算と合わせ、試薬やガラス器具を購入しプロジェクトの達成のため計画的かつ有効に使用する。