hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラットの修復象牙質形成過程におけるGrowth Factorの動態

TGF-β1陽性細胞は、硬組織被蓋形成周辺に認められたが減少傾向を示した。ALP活性は、硬組織被蓋形成周辺の象牙芽細胞層に術後28日と同様に多く認められた。また修復象牙質形成量は経時的に増加した。以上の結果から推測するとTGF-β1陽性細胞は多くのマクロファージに認められ、修復象牙質形成過程における一因子として関与していることが推察された。
形質細胞様キラー樹状細胞の作製及び機能評価法の確立

本研究の目的は、NK細胞様の優れたキラー活性(腫瘍を殺傷する力)と、樹状細胞の抗原提示能を併せ持つ、形質細胞様キラー樹状細胞ワクチン(以下,ワクチン)の製造技術を確立し、その品質評価法を定める事であった。その為、補助金を使用して、ワクチン製造に用いるGMP(医薬品グレード)適合の細胞調製試薬、品質検査に必要な研究試薬を購入した。以下に研究内容と、経費を執行して得られた成果を示す。ワクチン製造に使用する材料を、研究レベルの試薬から、GMP適合(医薬品グレード)の細胞調製試薬に変更し、ヒトへ投与可能なレベルのワクチン製造技衛を構築した。ある特殊な環境下で製造を行う事で、約2倍に収率が向上し、高い生細胞率(9099%)が得られる事を明らかにした。本製造技術は、製造の自動化、細胞医薬品化に大きく寄与すると期待される。ワクチンの品質検査に必要な研究試薬を用いて、種々の免疫学的検査手法を確立した。フローサイトメーターを使用したキラー活性(細胞障害活性)測定法、がん抗原WT1、MART-1特異的in vitro CTL(細胞障害性T細胞)誘導法、機能的なCTLを検出するELISPOT法を構築した。これらの検査手法によって、治療に用いるワクチンの品質評価基準を定める事が可能となった。また、ワクチンのキラー活性を飛躍的に向上させる方法を検討したところ、免疫賦活剤Xによって、あきらかにキラー活性が上昇する事を見い出した。現在、動物を用いた前臨床試験を進めている。以上の成果より、本研究の目的であった形質細胞様キラー樹状細胞ワクチンの製造および品質評価方法の確立を達成した。前臨床試験において、ワクチンの安全性、抗腫瘍効果を確認し、速やかにヒトへの臨床試験に移行するように研究開発を継続する。
希薄磁性半導体の磁性と電子状態のモンテカルロ法による研究

本課題の目的はモンテカルロ法を援用して希薄磁性半導体の電子状態と磁性の発現の特徴を解明することである。希薄磁性半導体は、温度や外部磁場によるスピン状態の制御に応じて電子状態が大きな摂動をうけ、様々に性質を変え、応用上から注目されている。一方では、いくつかの物理的に重要な基本問題内包されている。希薄な磁性イオンの空間分布とスピン配位の温度揺らぎから生じる、電子の感じるポテンシャルの空間的な揺らぎが大きく、電子系は強い影響を受ける。電子系のエネルギーは、また、スピン系の有効エネルギーとして、スピン配位の出現確率にフィードバックする。アンダーソン局在とその状態の電子系のエネルギーを有効相互作用とするスピングラスの問題が関連して発現することになる。自縄自縛のマグネテックポーラロン状態の出現などが予想されている。本研究では電子にたいするポテンシャルの揺らぎを出来るだけ忠実に取りいれた計算を行い、空間的な揺らぎ効果が、磁性の発現にどのような影響を持つか調べた。当初はモンテカルロ法の適用を計画していたが、スピングラス問題に関連した準安定状態の出現が計算を困難にしていることが明らかになった。このため取り扱う系のサイズは小さなものに限定されるが、計算上の信頼性は保障されるように、すべてのスピン配位を数えて、熱統計平均をとる方法を適用した。いくつかの磁性半導体で、磁気転移温度が高くなる理由として不純物バント形成による2重交換相互作用の機構が提唱されている。これらはCPAと分子場理論に基礎を置いている。しかし、揺らぎ効果を取り入れた今回の研究では、高い強磁性転移温度が得られるのは、不純物帯の形成される領域ではないことが明らかになった。強磁性は、バント端に共鳴的な高状態密度領域があり、RKKY的な描像と二重交換相互作用描像の遷移領域に現われる。その他の課題として、動的平均場法による磁性合金の磁性発現への電子相関効果、量子ドットにおけるスピンクロスオーバー領域のトンネル異常の理論の発展を行なった。
乳癌のホルモン療法の個別化

乳癌の癌部位を含む微小環境、特にエストロゲンシグナルの調節に関係するものの動態を把握するため、手術時に得た検体を初代培養し、ERE-GFP指示細胞と共生培養することによってそれぞれの患者組織のエストロゲンシグナルに及ぼす影響を評価した。これらの解析から間質と乳癌細胞のメディエーターとしてHGFが重要である可能性を見出した。現在、実際に内分泌治療が行われている乳癌組織検体での検討を行なっている。さらにエストロゲン応答配列EREをGFPの上流に繋いだレポーターDNAをアデノウイルスに構築し、手術時に得た乳癌の原発腫瘍の初代培養系に感染導入し、腫瘍の内在性のER活性を定量する系を確立した。これによって個々の患者の癌細胞の個性も含めたエストロゲン関連微小環境の評価やAI剤や抗エストロゲン剤に対する反応性の検討を乳癌の症例約60例について行なった。その結果、免疫染色によるERの蛋白発現とERE-GFPアッセイによるER活性とは全体的には強い相関を示さないことが示され、むしろPgRの発現と相関した。また、これらの症例について、エストロゲン応答遺伝子群の発現を定量的RT-PCRによって解析、比較検討した。また、AI治療後の再発症例で検体の採取が可能であった症例について、このウイルスアッセイ系でER活性を解析したところ、治療後再発にもかかわらず、ER活性が存在し、in vitroで抗エストロゲン剤が有用なケースがあることが明らかとなった。また、ERをはじめ複数の転写因子の分解を調節しているU-box型ユビキチンリガーゼCHIPが進行した乳癌の癌部位で特異的に発現低下していることを見出した。CHIPの強制発現やノックダウン実験から、乳癌の増悪や転移の抑制に関わるマスター遺伝子として機能していることを明らかにした。このことからこのCHIPが今後の乳癌の新たな診断指標になる可能性がある。乳癌のホルモン療法の個別化を目指した研究を行った。各種ホルモン療法に対する反応性の予測、判定に有用な遺伝子として、昨年までのマイクロアレイ研究からその有用性を確認できた候補遺伝子と既知の予後因子、約10遺伝子を、より臨床に導入しやすいRT-PCR法によって解析すること、さらに検討対象標品をパラフィン包埋切片より抽出したRNAとすることを試みた。これらは次の段階として多数の、複数施設での臨床検体を用いたバリデーション試験に欠かせないと考えている。また、ERE-GFPレポーターカセットをアデノウイルスベクターに組み込んだものを用い、60数例の乳癌検体の癌細胞に導入して、個々の乳癌細胞自身のER活性を解析した。その結果、ERの発現とERの活性は完全に相関するものではないことが明らかとなった(論文準備中)。そこで、それらの標品のERの標的遺伝子の発現を解析し、ERの発現とERの活性との相関を検討している。これは現在のERの免疫染色による判定、個別化の再評価と新規診断法に繋がる可能性がある。さらに術前治療の生検標品のウイルスアッセイを行い、術前ホルモン療法の臨床効果との比較を継続している。また、ホルモン療法の再発患者の個別化のために現在急速に増加しているアロマターゼ阻害剤抵抗性乳癌の診断法、治療法開発のための基礎研究を開始した。
失われた注釈文献『主宰神の再認識詳注』の再構築に基づくシヴァ教再認識派研究

本研究では、シヴァ教再認識派の学匠ウトパラデーヴァ(ca.925-975)とアビナヴァグプタ(ca. 975-1025)のそれぞれの貢献を明らかにするために、ウトパラデーヴァの失われた注釈『主宰神の再認識詳注』の断片を写本のマージナルノートから蒐集した。マージナルノートを蒐集した結果、これまでに未発見であった『主宰神の再認識詳注』の断片が多数回収された。またシャーラダー写本のマージナルノートはほぼ共通しており、本文のみならずマージナルノートについても伝承されていることも明らかになった。1)シヴァ教再認識派文献の写本のマージナルノートを網羅的に蒐集することに基づいて、失われた文献『主宰神の再認識詳注』(以下、『詳注』)を再構築すること、2)ウトパラデーヴァが体系化したシヴァ教再認識派の神学体系をアビナヴァグプタがどのような点で発展・精緻化させたのかを明らかにすること、という二つを目的として、本年度は、マージナルノートの蒐集、写本調査、『詳注』の文献学的研究を行った。入手済みの写本からマージナルノートを蒐集した結果、すでに『詳注』の断片を確認していたラクノウのデーヴァナーガリー写本の他に、二つのシャーラダー写本においても『詳注』の断片が含まれていることが確認された。これらの『詳注』の断片の相互関係を検討する必要はあるが、『詳注』のソースが一つではない可能性が高いことが明らかになった。筆者が未入手であったシヴァ教再認識派文献について、ジョドプールのRajasthan Oriental Research Institute (RORI)を訪れ、『タントラヴァタダーニカー』の写本をはじめ多数の写本を入手した。『詳注』および『詳注に関する反省的考察』の第一章第四日課の文献学的研究を進めている。この成果については、2014年8月にドイツ・ハイデルベルクで開催される第5回国際ダルマキールティ学会に於いて研究発表を行う予定である。またケーララ大学で開催されたワークショップに参加し、マージナルノートの重要性に関する講演を行った。1)シヴァ教再認識派文献の写本のマージナルノートを網羅的に蒐集することに基づいて、失われた文献『主宰神の再認識詳注』(以下、『詳注』)を再構築すること、2)ウトパラデーヴァが体系化したシヴァ教再認識派の神学体系をアビナヴァグプタがどのような点で発展・精緻化させたのかを明らかにすること、を目的として、本年度は、1)マージナルノートの蒐集、2)写本調査、3)『詳注』の文献学的研究を行う予定であった。このうち、時間的制約により、ウッジャインの写本調査を行うことが出来なかった。マージナルノートの蒐集に関しては、ラクノウのデーヴァナーガリー写本に含まれるすべての『詳注』の断片についてはディプロマティックエディションの作成を完了した。また『詳注』の断片が含まれていることが確認されたシャーラダー写本には、『詳注』の断片と推定できない断片も少なからず含まれていることも確認された。これらの成果の一部は、Japan-Austria International Symposium on Transmission and Tradidonのプロシーディングに投稿している。シャーラダー写本のマージナルノートは、鮮明ではない箇所が少なくないため、第一章第四日課以外のディプロマティックエディションの作成を継続し、既に完成している部分については校訂テキストと訳注を完成させる必要がある。『詳注』および『詳注に関する反省的考察』の文献学的研究を進め、その成果の一部として、2014年8月にドイツ・ハイデルベルクで開催される第5回ダルマキールティ国際学会において研究発表を行った。またウトパラデーヴァの『詳注』の文献学的研究の成果を、2015年6月にタイで開催される第16回国際サンスクリット学会において研究発表を行う予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。印度哲学・仏教学、シヴァ教26年度が最終年度であるため、記入しない。マージナルノート蒐集について、すでに校訂されている『詳注』第一章第四日課を参照することによって『詳注』が多数含まれるシャーラダー写本の確定はほぼ終えることができた。またラクノウのデーヴァナーガリー写本に含まれるすべての『詳注』の断片については、ディプロマティックエディションもほぼ完成した。『詳注』および『詳注に関する反省的考察』の文献学的研究については、『詳注に関する反省的考察』の再校訂についても順調に進んでいる。蒐集した『詳注』のマージナルノートインデックスを作成するとともに、『詳注』の断片がどのような形で伝承されていたのか検討する。またウッジャインに多数残されているシャーラダー写本についても調査を行う予定である。

『詳注』および『詳注に関する反省的考察』の文献学的研究に引き続き取り組み、この成果については8月にドイツ・ハイデルベルクで開催される第5回国際ダルマキールティ学会に於いて研究発表を行う予定である。
床用レジンに接着した各種裏装用レジンの曲げ強さに及ぼす酢酸エチルの表面処理効果

I.目的前回、床用加熱重合レジンに対する表面処理効果の検討として、酢酸エチルを表面処理剤に用い、ジクロロメタン処理と比較検討した。その結果酢酸エチル処理では120秒処理においてジクロロメタン処理に匹敵する表面処理効果を得ることができた。しかしながらジクロロメタンと酢酸エチル処理面のSEM像での様相は異なっており、同じ理由で接着強度が増強したという考えには疑問がのこる。その為、今回は修理用レジンを変更し同様の実験を行った.II.方法床用レジンにはAcron(GC),修理用レジンにはトクヤマリベースII(トクヤマ)を使用した.2.5mm×10mm×64mmの床用レジン試験片を作製し,レジン試験片の中央部で切断し,切断面を#100の耐水ペーパーで研磨した.その後,前回と同様の表面処理方法を切断面に施し切断面間(3mm)に混和した修理用レジンを流し込み突き合わせ接合で修理し、整形後3点曲げ試験を行い,曲げ応力を算出した.試料数は条件ごとに10個とした.統計処理には一元配置分散分析とNewman-keulsの多重比較検定(p=0.05)を用いた.III、結果と考察曲げ応力は酢酸エチル5秒、30秒処理間に有意差はなくて最も低く,酢酸エチル60秒処理は次に高く有意差を認めたものの,酢酸エチル120秒処理は他の処理方法に比べて有意に最も高かった.最も表面処理効果が高かった酢酸エチル120秒処理(33.4±1.9MPa)をジクロロメタン処理(36.4±3.5MPa)と比較すると有意差は認められず,熱サイクル10,000回後の酢酸エチル120秒処理(27.6.0±4.4MPa)とジクロロメタン処理(26.6±5.3MPa)間にも有意差は認められなかった.SEM像では溶解面は異なるものの、レジンの混和されたポリマーの粒子はさらに小さく、その溶解面の様相は影響されないことが考察された。予備実験として酢酸エチルの表面処理効果の最適時間を検討するために床用レジンに酢酸エチル処理(無処理・5・30・60・120秒)を施し修理用レジン(即時重合レジン)で接着修理後3点曲げ試験を行った。統計処理は分散分析とNewman-keulsの多重比較検定(p=0.05)とした。結果:酢酸エチル表面処理時間(5・30・60秒)に有意差は認められず、表面処理時間(120秒)で有意に高い値(30.6±2.1MPa)を示した。次に現在発癌性の可能性が示唆されているジクロロメタン表面処理剤との接着強さの検討を行った。条件は予備実験より酢酸エチル120秒表面処理とジクロロメタン5秒表面処理、無処理(コントロール)とし、それぞれ3点曲げ試験および熱サイクル試験10000回後の3点曲げ試験を行った。結果:酢酸エチル120秒処理(30.6±2.1MPa)とジクロロメタン5秒処理(33.3±3.6MPa)に有意差は認められず、熱サイクル試験10000回後の酢酸エチル120秒処理(29.0±4.4MPa)とジクロロメタン5秒処理(26.5±5.3MPa)にも有意差は認められなかった。またこれら4者間にも有意差は認められなかった。酢酸エチル処理による床用レジン被処理面を観察するために酢酸エチル処理面(無処理・5・30・60・120秒)をそれぞれSEM像観察を行った。結果:処理時間が進むにつれ床用レジン表面は溶解され小窩が形成されている(5・30・60秒)。さらに処理時間が進むと小窩は互いにつながりおおきな凸凹が形成される(120秒)。以上を社団法人日本補綴歯科学会第114回学術大会にて発表(H17,10,2新潟コンベンションセンター)I.目的前回、床用加熱重合レジンに対する表面処理効果の検討として、酢酸エチルを表面処理剤に用い、ジクロロメタン処理と比較検討した。その為、今回は修理用レジンを変更し同様の実験を行った.II.方法床用レジンにはAcron(GC),修理用レジンにはトクヤマリベースII(トクヤマ)を使用した.2.5mm×10mm×64mmの床用レジン試験片を作製し,レジン試験片の中央部で切断し,切断面を#100の耐水ペーパーで研磨した.その後,前回と同様の表面処理方法を切断面に施し切断面間(3mm)に混和した修理用レジンを流し込み突き合わせ接合で修理し、整形後3点曲げ試験を行い,曲げ応力を算出した.試料数は条件ごとに10個とした.統計処理には一元配置分散分析とNewman-keulsの多重比較検定(p=0.05)を用いた.III、結果と考察曲げ応力は酢酸エチル5秒、30秒処理間に有意差はなくて最も低く,酢酸エチル60秒処理は次に高く有意差を認めたものの,酢酸エチル120秒処理は他の処理方法に比べて有意に最も高かった.

最も表面処理効果が高かった酢酸エチル120秒処理(33.4±1.9MPa)をジクロロメタン処理(36.4±3.5MPa)と比較すると有意差は認められず,熱サイクル10,000回後の酢酸エチル120秒処理(27.6.0±4.4MPa)とジクロロメタン処理(26.6±5.3MPa)間にも有意差は認められなかった.SEM像では溶解面は異なるものの、レジンの混和されたポリマーの粒子はさらに小さく、その溶解面の様相は影響されないことが考察された。
モンテカルロ木探索の汎用的高速化手法の研究

汎用性が高いことで知られる確率的な探索アルゴリズム、モンテカルロ木探索の大規模並列化を可能とした。これはTDS-df-UCTアルゴリズムの提案によるものである。仮想ゲームでの実験では最大3,200倍の高速化を達成した。収束が遅くなる場合の性能を向上させるためにAcceleratedUCTアルゴリズムを提案し、複数のゲームで効果を実証した。また、大規模並列囲碁プログラムおよび汎用並列探索ライブラリを実装した。モンテカルロ木探索の汎用的かつ大規模な並列化手法を確立することを目標として研究を行った。探索アルゴリズムの並列化は難しい課題だが、二人ゲームにも適用可能な探索アルゴリズムの並列化は特に難しいことが知られている。モンテカルロ木探索の並列化についても既存研究では数十倍の速度向上が限界な上、対象も囲碁に限られていた。本研究の成果としてモンテカルロ木探索の大規模並列化を可能とするTDS-df-UCTアルゴリズムを提案した。本手法は適用対象を特定の問題に限定するものではなく、また速度向上も従来の研究を大幅に上回る最大約3,200倍の高速化を実現している。これは仮想ゲーム木を対象とした実験で、東工大TSUBAME2スパコンの4,800コアを用いて達成したものである。目標は数百倍以上の速度向上を得ることであったが、研究当初の目標を大幅に上回る性能を達成することに成功した。この性能は分散ハッシュ表を用いた並列探索手法と、探索アルゴリズムの深さ優先型への変形を組み合わせた手法によって達成された。分散ハッシュ表を用いた手法は従来はA*探索以外では大きな速度向上が得られていなかった。並列計算には必須であるコンピュータ間の通信が、一極に集中することによるオーバーヘッドが最大の問題であった。申請者は探索アルゴリズムの深さ優先変形手法などによってこの問題を回避し、モンテカルロ木探索においても高い速度向上を得ることに成功した。これらの手法は探索対象の問題の性質によらない汎用的な手法である。汎用的な探索アルゴリズムであるモンテカルロ木探索における汎用的な並列化手法を提案したことは、探索アルゴリズムおよび並列計算の双方の分野にとって有用な貢献である。本年度の成果として、グラフ探索アルゴリズムの一つであり汎用性が高いと期待されているモンテカルロ木探索を分散メモリ並列計算機(スーパーコンピュータを含む)の上で効率よく動作させる手法を提案した。また、東工大のTsubame2スーパーコンピュータなどの上で1,000CPUコア以上を用いる性能測定実験を行い、600750倍程度の速度向上を得た。グラフ探索アルゴリズムの並列化は難しく、従来は分散メモリ並列計算機の利用した場合の速度向上は数十倍にとどまっていた。この点を考慮すると上記の成果は非常に有望である。具体的には分散ハッシュテーブルを用いた並列探索手法をモンテカルロ木探索の代表例であるUCTアルゴリズムに適用する手法を提案した。簡単な手法では通信が1点に集中することが性能向上のボトルネックとなり、数十倍の速度向上が限界であることを示し、さらにその解決策としてUCTアルゴリズムを深さ優先的な動作に変更したdf-UCTアルゴリズムを用いることを提案した。対象とする問題として仮想的なゲーム木を用意し、グラフの形状によって速度向上がどのような影響を得るか分析を行い、有用な知見を得た。また、モンテカルロ木探索の弱点を補完する手法を提案した。モンテカルロ木探索は確率的なアルゴリズムであり、特にUCTアルゴリズムは時間をかければ最善解に収束することが示されている。しかしグラフの形状によっては解に到達することが非常に遅くなる場合があることが知られている。統計的な指標を工夫することにより、そのような場合に収束を早める手法を提案し、実際に性能向上が得られることを示した。従来は個々の問題毎に問題の知識を利用した手法が用いられていたが、汎用的な手法の有効性を示したことは有意義である。分散メモリ型並列計算機を用いてモンテカルロ木探索を高速化するために解決するべき課題として挙げたものはa,均等な負荷分散手法の実現, b,グラフ合流による問題の解決c,確率的探索であるための弱点の補完の3点である。まず、a, b,を解決した並列化手法を提案し、実際に並列化版のモンテカルロ木探索を実装し、仮想的なゲーム木を対象とした実験を行って性能を測定した。数百倍以上の速度向上を達成する手法を明らかにすることを目標としたが、既に1,200 CPUコアを用いて600750倍程度の速度向上、4,800 CPUコアを用いた実験では1,500倍以上の速度向上が得られている。実験は複数の分散並列計算機上で行った。主に高速なネットワーク(Infiniband)で接続されたクラスタ(スーパーコンピュータ)を用いたが、安価な環境での性能を測定するために広く普及しているethernetを用いたクラスタ上でも性能を測定した。また、c,を解決するために統計的な指標に簡単な工夫を加えることを提案し、複数のゲームにおいて勝率の向上につながることを示した。モンテカルロ木探索はゲーム木の形状によって性能が低下する場合があるが、この手法によりそのような場合にある程度対処することが可能である。

従来は問題の性質を利用して個別に対処していたが、本手法は汎用的に利用可能な物である。ここまでの成果により、従来は困難であった分散並列計算にによるモンテカルロ木探索の高速化手法が可能であることを示した。これは平成23年度の計画としては十分に達成されたと言える。特に速度向上の数値は計画当初の目標を上回る性能を示している。昨年度の実験結果から得た知見を元にさらなる速度向上を得る試みを進める。また、今まで応用されてきた問題以外の問題に適用し、有用性を示す。理論面の弱点については、さらなる手法を検討すると共に、複雑な数式を用いた場合に、現実的な速度で探索を行う手法を研究する。速度向上について。昨年度は主に1,200 CPUコア程度を最大とする計算機環境を用いて実験を行っていた。その結果、期待を上回る速度向上を得た。そこでさらに4,800 CPUコア程度を用いた予備実験を行い結果を解析したところ、予想していなかったボトルネックがあることを発見した。今後は新たに発見されたボトルネックを解消する方法を明らかにし、1万CPUコア以上で5,000倍以上の速度向上を得るために必要な手法について研究を行う。弱点の補完について。提案した確率的探索の弱点を補う手法はまだ改善の余地があると期待される。しかし探索速度の制約から、計算が簡単で効果のある手法に限定して研究を行っていた。今後は二つの方向で研究を進める。まず、理論的には良いが複雑なために計算時間がかかる手法を、圧縮したテーブルなどを保持することによって高速化する。また、特定のグラフ形状に絞って有効な手法を複数提案し、探索中に動的に手法を変更することによって性能向上を得る。応用について。大規模なグラフ探索が必要となる問題、従来のグラフ探索アルゴリズムが苦手とする問題などにこの手法を適用し、有効性を示す。グラフ探索は多くの問題で必要となる。その際にはA*探索などが現在標準的に用いられている。それと同様に、様々な問題解決のためのフレームワークとしてモンテカルロ木探索が選択肢の一つとなることを目指す。様々な問題に提案手法を適用する場合、良い性能を得るためには問題が持つグラフの形状や、実行する計算機の性能などに応じてパラメータを調整する必要がある。そのためには理想的にはスーパーコンピュータを用いた実験を長時間行うことが良いが、そのための費用が問題となる。そこで事前の実験環境として小規模な並列計算環境が必要となる。昨年度購入したワークステーションに加えて複数のワークステーションを購入し、並列プログラムの開発および調整を行うための環境を整えることが必要である。モンテカルロ木探索はコンピュータ囲碁の棋力向上に非常に有効であることが知られている。提案手法を元に、コンピュータの棋力をプロ囲碁棋士に近いレベルに引き上げればアルゴリズムの有効性を広く周知することができる。
各種人工肺サーファクタントの表面活性・生理活性と成分・超微構造との比較研究

呼吸窮迫症候群(RDS)は早産児の未熟肺に起因する肺サーファクタント不足が原因で,無治療では死亡率の高い疾患である.1980年、藤原らの開発した人工肺サーファクタント(Surfactenとして実用化)がRDSに画期的な効果を示すと,世界で種々の肺サーファクタント製剤が開発され,RDSによる死亡は激減した.これらの製剤は一般に同等の活性を有する天然由来製剤と考えられているが、我々は製法に従って調整した肺サーファクタントには明らかな質的差が存在し、Surfactenの活性が最も優れていることを報告してきた。しかし、これらの製剤について直接比較した報告はない。本研究では世界で使用されている5種類の天然由来肺サーファクタント製剤を用いて、in vitro表面活性とin vivo生理活性を比較し、電子顕微鏡形態を観察することを目的とした。【材料と方法】各種製剤は,Surfacten(日本),Survanta(米国),Infasurf(米国),Alveofact(ドイツ),Curosurf(イタリア)の5種類である,in vitro表面活性は,ウイルヘルミー型表面張力計を用いて,表面吸着の測定,表面拡散の測定,動的表面張力-面積曲線の記録を行った.in vivo生理活性には未熟ウサギ胎仔を用い,各種サーファクタントの気管内注入後の肺胸郭圧量曲線の測定し,その肺標本を作製して光学顕微鏡で観察した.肺サーファクタント製剤を,タンニン酸とオスミウムで固定しエポン包埋後に電子顕微鏡で観察した.各製剤間には明確な質的差があり、我が国で使用されているSurfactenの活性が最も優れていることが明らかになった。これらの形態観察から、良好な肺サーファクタントの活性にとってSurfactenのような一定の方向性をもった層板膜状構造が有利と考えられた。各製剤の活性や形態の違いは、原材料と精製法やそれに基づく成分、さらには剤形やautoclave使用などが影響しているのではないかと推測された。【方法】人工肺サーファクタントは、国産のSurfacten、および外国産のSurvanta, Curosurf, Alveofact, Infasurfを入手した。これらについてウィルヘルミ-型表面張力計を用いてin vitro表面活性の測定を、呼吸窮迫症候群モデルである妊娠27日のウサギ胎仔を用いてin vivo生理活性を測定した。【結果】1.in vitro表面活性:表面吸着(mN/m)は,Surfacten(32.6±1.3)がSurvanta,Infasurf, Alveofact, Curosurfと比較して,有意に低値を示した(p<0.001).表面拡散(mN/m)は,Surfacten(27.0±0.4),Infasurf, Alveofact, CurosurfがSurvantaと比較して有意に低値を示した(p<0.001).最小表面張力(mN/m)は,Surfacten(4.6±0.9)とSurvantaがInfasurf, Alveofact, Curosurfと比較して有意に低値を示し(p<0.001),最大表面張力(mN/m)は,Surfacten(26.9±1.1)とAlveofactがSurvanta, Infasurf, Curosurfと比較して有意に低値を示した(p<0.001).また,表面圧縮時に表面張力が10mN/mに達したのはSurfacten(74.6±3.2%)とSurvantaだけで,その表面圧縮率はSurfactenが0.023±0.002m/mNであった.

2.in vivo生理活性:未熟ウサギ胎仔に各種人工肺サーファクタントを気管カテーテルから注入し、肺胸郭圧量曲線と肺胸郭コンプライアンスを測定して、データを収集した(各群n=7)。測定後、気管を結紮し、肺組織像の検討のためにホルマリン固定をした。【まとめ】新生児呼吸窮迫症候群の治療薬として使用されている5種類の人工肺サーファクタント製剤間に質的差の存在することが明らかとなった.表面活性が良好な肺サーファクタントの基準を満たしたのは,わが国のSurfactenだけであった.臨床における各製剤の急性効果の違いは、その量や質に起因する可能性も考えられる.平成18年度は、収集したin vivo生理活性のデータ解析、および肺組織像の比較検討を行う予定である。呼吸窮迫症候群の治療薬として、現在、世界で用いられている天然由来人工肺サーファクタント製剤の表面活性、生理活性、形態の比較を目的とした。【材料と方法】各種製剤は国産のSurfactenと外国産のSurvanta、Curosurf、Alveofact、Infasurfを用いた。今年度は生理活性について呼吸窮迫症候群のモデル動物である未熟ウサギ胎仔を用い、各種製剤を気管カテーテルから注入後の肺胸郭圧量曲線と肺胸郭コンプライアンスを測定した。その後、気管を結紮し、肺組織標本を作製して光学顕微鏡で観察した。形態は各種製剤をNotterらの方法で固定・染色し、電子顕微鏡で観察した。【結果】1.生理活性(n=6):肺胸郭圧量曲線から求めた肺気量は、Surfacten群が他の群よりも有意に多く、また、肺胸郭コンプライアンスもSurfacten群が他の群よりも有意に高かった。2.肺組織像:肺胞腔面積/肺面積比は、Surfacten群が他の群よりも有意に大きく、肺胞の拡張も均一であった。3.形態:各製剤の基本形態は、SurfactenとSuvantaが線維状多層構造を示し、Curosurf、Alveofact、Infasurfが小胞状多層構造を示したが、その中でも線維の構造や小胞の大きさに相違がみられた。【結論】5種類の天然由来人工肺サーファクタント製剤の間には、明らかな表面活性の差があることを昨年度に報告した。本年度の研究から、生理活性と形態にも各製剤間で相違のあることが明らかとなった。国産のSurfactenは最も活性が良好で、その形態は長くなめらかに伸びた線維状多層構造であった。各製剤間の質的差は精製法、成分、超音波処理、液状化、autoclave使用などが影響したのではないかと考えられた。
非コードRNAによる腸管上皮機能と腸内共生系の制御

食品を消化・吸収する腸管の管腔と体内は、単層の腸管上皮細胞(IEC)で覆われている。本研究では、非コードRNA(ncRNA)によるIECの機能制御とその機構、さらに腸内細菌との共生関係の成立・維持における役割を明らかにすることを目的とする。昨年度までに、腸内細菌によりIECにおいて発現が誘導されるncRNAによる腸管上皮透過性の亢進機構を明らかにした。今年度は、このmiR-21-5pによる上皮透過性亢進において鍵となる役割を果たす分子として同定した低分子量GTPアーゼARF4について、その機能を明らかにした。まず、マウスのDSS誘導性大腸炎モデルを用い、ARF4の発現が炎症上皮で高いことを示した。また、ARF4と結合する因子として細胞骨格・細胞形態の制御に関与する2つのタンパク質を同定した。さらに、ARF4を過剰発現するIEC株を樹立し、トランズウェルインサート上で分化させた後に免疫蛍光染色を行った結果、過剰発現株において細胞骨格が変化することが明らかになった。過剰発現株では、同定したARF4結合タンパク質の発現分布も異なり、ARF4はこれらのタンパク質の発現分布に影響を及ぼすことにより、細胞骨格を変化させることが示唆された。したがって、ARF4による上皮透過性亢進機構として、既に明らかにしていたタイトジャンクションタンパク質の発現抑制に加え、細胞骨格の制御を介する新たな機構が存在すると考えられた。一方、これまでに同定した腸内細菌依存的なncRNAについて、その発現を調節する腸内細菌の候補を抽出した。これらの結果は、腸内細菌叢の乱れに起因する腸管上皮透過性の亢進、腸管炎症の制御のための新たな標的の確立につながることが期待される。腸内細菌依存的なmiRNAによる腸管上皮透過性の調節において鍵となる役割を果たすARF4について、マウスの大腸炎モデルを用い、ARF4依存的な上皮透過性の亢進が腸炎の誘導に関わる可能性を示した。さらに、ARF4が細胞骨格を制御するタンパク質と結合し、細胞骨格や細胞形態を変化させることを明らかにし、ARF4による腸管上皮透過性亢進の新たな機構の存在を示した。一方、小腸に比べて圧倒的多数の腸内細菌が存在する大腸のIECで小腸IECに比べて顕著に発現が高いmiRNAの機能を明らかにするため、インヒビターの導入条件を検討して決定した。現在、サンプル調製中であり、今後、プロテオーム解析に供してインヒビター導入により顕著に発現が変動するタンパク質を同定する予定である。以上、計画の一部を来年度に継続して持ち越しとなったが、おおむね計画に沿って研究を遂行することができた。腸内細菌の大多数が生息する大腸のIECで特徴的に高発現するmiRNAおよび標的分子の機能解析を行う。このmiRNAのインヒビターを導入したIEC株を用いたプロテオーム解析において発現が顕著に変動した分子のなかから、miRNAの直接あるいは間接の標的候補分子を特定する。IEC株への候補分子のsiRNA導入実験等によるin vitroの解析に加え、マウスの腸炎モデルを用いたin vivoの解析により、腸管における炎症、共生における役割を明らかにする。また、腸内細菌依存的あるいは腸管部位依存的なmiRNAがIECからエクソソームの形で分泌されて機能することがあるかどうか、マウスの腸内容物からエクソソームを単離して測定する。さらに、機能が確認されたncRNAおよびそれらの標的分子について、食品因子による腸内共生系の制御のためのターゲットとしての有用性を評価する。食品を消化・吸収する腸管の粘膜面は、単層の腸管上皮細胞(IEC)で覆われ、管腔に生息する莫大な数の共生細菌からの刺激を常に受けている。本研究では、非コードRNA(ncRNA)によるIECの機能制御とその機構、さらに腸内共生系の成立・維持における役割を明らかにすることを目的とした。これまでに、IECに発現する短鎖非コードRNA(miRNA)のうちmiR-21-5pが腸内共生細菌により誘導され、低分子量GTPアーゼARF4を介して上皮透過性を亢進させることを見出している。この分子機構について解析を行い、以下のことを明らかにした。miR-21-5pはPTENおよびPDCD4遺伝子を標的としてその発現を抑制することにより、ARF4の発現を増強し、タイトジャンクション関連タンパク質の発現を抑制することを示した。また、マウス腸管組織においてARF4が腸管上皮に発現すること、さらに、大腸上皮細胞における発現が無菌マウスでは通常マウスに比べて有意に低いことが確認された。したがって、大腸上皮におけるARF4の発現が腸内細菌により誘導されることが明らかになった。通常および無菌マウスの大腸IECにおけるRNA発現の次世代シーケンスによる網羅的解析の結果、無菌マウスに比べて通常マウスの大腸IECで顕著に発現が高い長鎖非コードRNA(lncRNA)が存在することが明らかになった。一方、これまでに、IECにおいて腸内細菌に対する過剰応答を抑制する1つの機構として、菌体成分を認識する受容体TLR4のDNAメチル化による発現抑制を報告し、大腸IECにおけるTLR4遺伝子のメチル化が腸内細菌により誘導されることを示している。TLR4遺伝子高メチル化IEC株と低メチル化IEC株を用いた解析の結果、DNAメチル化酵素をTLR4遺伝子に特異的にリクルートする候補因子としてRNA結合タンパク質を同定した。

短鎖ncRNAによるIECの機能調節について、腸内細菌依存的なmiRNAによる上皮透過性の調節の分子機構を明らかにした。また、この上皮透過性の調節において鍵となる役割を果たすARF4について、腸管組織における発現分布とその腸内細菌依存性を解析することができた。一方、長鎖ncRNAによるIECの機能調節については、通常マウスで無菌マウスよりも顕著に発現の高いlncRNAを同定することができたが、その機能の詳細な解析までには至らなかった。以上、計画の一部を来年度に継続して持ち越しとなったが、おおむね計画に沿って研究を遂行することができた。食品を消化・吸収する腸管の管腔と体内は、単層の腸管上皮細胞(IEC)で覆われている。本研究では、非コードRNA(ncRNA)によるIECの機能制御とその機構、さらに腸内細菌との共生関係の成立・維持における役割を明らかにすることを目的とする。昨年度までに、腸内細菌によりIECにおいて発現が誘導されるncRNAによる腸管上皮透過性の亢進機構を明らかにした。今年度は、このmiR-21-5pによる上皮透過性亢進において鍵となる役割を果たす分子として同定した低分子量GTPアーゼARF4について、その機能を明らかにした。まず、マウスのDSS誘導性大腸炎モデルを用い、ARF4の発現が炎症上皮で高いことを示した。また、ARF4と結合する因子として細胞骨格・細胞形態の制御に関与する2つのタンパク質を同定した。さらに、ARF4を過剰発現するIEC株を樹立し、トランズウェルインサート上で分化させた後に免疫蛍光染色を行った結果、過剰発現株において細胞骨格が変化することが明らかになった。過剰発現株では、同定したARF4結合タンパク質の発現分布も異なり、ARF4はこれらのタンパク質の発現分布に影響を及ぼすことにより、細胞骨格を変化させることが示唆された。したがって、ARF4による上皮透過性亢進機構として、既に明らかにしていたタイトジャンクションタンパク質の発現抑制に加え、細胞骨格の制御を介する新たな機構が存在すると考えられた。一方、これまでに同定した腸内細菌依存的なncRNAについて、その発現を調節する腸内細菌の候補を抽出した。これらの結果は、腸内細菌叢の乱れに起因する腸管上皮透過性の亢進、腸管炎症の制御のための新たな標的の確立につながることが期待される。腸内細菌依存的なmiRNAによる腸管上皮透過性の調節において鍵となる役割を果たすARF4について、マウスの大腸炎モデルを用い、ARF4依存的な上皮透過性の亢進が腸炎の誘導に関わる可能性を示した。さらに、ARF4が細胞骨格を制御するタンパク質と結合し、細胞骨格や細胞形態を変化させることを明らかにし、ARF4による腸管上皮透過性亢進の新たな機構の存在を示した。一方、小腸に比べて圧倒的多数の腸内細菌が存在する大腸のIECで小腸IECに比べて顕著に発現が高いmiRNAの機能を明らかにするため、インヒビターの導入条件を検討して決定した。現在、サンプル調製中であり、今後、プロテオーム解析に供してインヒビター導入により顕著に発現が変動するタンパク質を同定する予定である。
モータ／キャパシタ／ワイヤレスによる２０３０年のクルマ社会に関する研究

本研究は,リチウムイオン電池一辺倒で進んでいる電気自動車開発に警鐘を発しつつ,「モータ/キャパシタ/ワイヤレス」による「もう一つのクルマ社会」を提案し,そのためのキー技術を10程度にしぼり,3年計画でこれを追求したものである。具体的には,「ワイヤレス」電力伝送によって電力インフラにクルマを接続し,「キャパシタ」にちょこちょこ充電ながら走る電車のようなクルマを開発し,電気自動車の最大の利点である「モータ」の制御性の良さを活かした運動制御によって,安全性の向上とさらなる省エネルギーを実現した。研究の終盤では,東大柏キャンパスという地の利を活かし,地域交通システムの社会実験を行った。本研究は「モータ/キャパシタ/ワイヤレスによる2030年のクルマ社会に関する研究」と題し,リチウムイオン電池一辺倒で進んでいる内外の電気自動車(EV)開発に警鐘を発し,「もう一つのクルマ社会」を提案し,そのための「モータ/キャパシタ/ワイヤレス」の要素技術開発を10程度にしぼり,3年計画でこれを追求するものである。具体的には,「ワイヤレス」電力伝送によって電力インフラにクルマを接続し,「キャパシタ」にちよこちょこ充電ながら走る電車のようなクルマを開発する。そして,電気自動車の最大の利点である「モータ」の制御性の良さを活かした運動制御によって,安全性の向上とさらなる省エネルギーを実現する。今年度の具体的な成果は以下の通りである。まず,1.電気モータの高い制御性を生かした運動制御技術は,(1)電気自動車の走行安全性を向上させる研究,(2)運転者にとっての操舵性・乗り心地を向上させる研究,(3)キャパシタ電気自動車の航続距離を延長させる研究に分類している。その成果の詳細を述べる紙面の余裕がないが,それぞれに項目において,所期の予定通り,実車による走行実験を含む大きな成果を上げることができた。また,柏キャンパス内に走行実験路を整備し,新しいガレージも完成した。来年度以降の研究計画にも大きな助けとなるため,一同意気盛んである。また,2.電気自動車への電磁共鳴方式によるワイヤレス充電についても,本年度の目標とした,(1)最大効率追従制御システムに関する研究,(2)kHzアンテナの大電力かつ超小型化に関する研究において期待通りの成果をあげ,内外からも非常に注目されている。研究は順調に進んでいると言える。さらに世の中への啓蒙活動も視野に入れているが,「モータ/キャパシタ/ワイヤレスによって描く未来のクルマ社会」にように題する招待講演を数多く行い,その目的を達成できたと言える。本研究は「モータ/キャパシタ/ワイヤレスによる2030年のクルマ社会に関する研究」と題し,リチウムイオン電池一辺倒で進んでいる内外の電気自動車(EV)開発に警鐘を発し,「モータ/キャパシタ/ワイヤレス」による「もう一つのクルマ社会」を提案し,そのための要素技術開発を10程度にしぼり,3年計画でこれを追求する。「ワイヤレス」電力伝送によって電力インフラにクルマを直接接続し,「キャパシタ」にちょこちょこ充電ながら走る電車のようなクルマを開発する。1.電気モータの高い制御性を生かした運動制御技術は,(1)電気自動車の走行安全性を向上させる研究,(2)運転者にとっての操舵性・乗り心地を向上させる研究,(3)キャパシタ電気自動車の航続距離を延長させる研究に分類している。それぞれに項目において,昨年度に引き続き,実車による走行実験を含む大きな成果を上げることができている。また,柏キャンパス内に整備してきた走行実験路も,昨年度には舗装もすべて完了し,同時に電気自動車数台を格納でき,実装作業もできるガレージも完成している。また,2.電気自動車への磁界共鳴方式によるワイヤレス充電については,(1)最大効率追従制御システムに関する研究,(2)kHzアンテナの大電力かつ超小型化に関する研究,は予定どおり成功し,加えて,(3)インピーダンス変動を考慮した設計,(4)エアギャップと負荷の同時推定,においても成果をあげつつある。さらに世の中への啓蒙活動を視野に入れているが,「モータ/キャパシタ/ワイヤレスによって描く未来のクルマ社会」「100年後のクルマとエネルギー」などと題する招待講演や寄稿を数多く行い,省庁での発言力も高まりその目的を達成できたと言える。「ワイヤレス」電力伝送によって電力インフラにクルマを接続し,「キャパシタ」にちょこちょこ充電ながら走る電車のようなクルマを開発する。

そして,電気自動車の最大の利点である「モータ」の制御性の良さを活かした運動制御によって,安全性の向上とさらなる省エネルギーを実現する。まず,1.電気モータの高い制御性を生かした運動制御技術は,(1)電気自動車の走行安全性を向上させる研究,(2)運転者にとっての操舵性・乗り心地を向上させる研究,(3)キャパシタ電気自動車の航続距離を延長させる研究に分類している。その成果の詳細を述べる紙面の余裕がないが,それぞれに項目において,所期の予定通り,実車による走行実験を含む大きな成果を上げることができた。また,柏キャンパス内に走行実験路を整備し今年度に舗装もすべて完了した。新しいガレージも完成し,今後の研究計画に大きな助けとなるであろう。また,2.電気自動車への電磁共鳴方式によるワイヤレス充電についても,(1)最大効率追従制御システムに関する研究,(2)kHzアンテナの大電力かつ超小型化に関する研究,に加えて,(3)インピーダンス変動を考慮した設計,(4)エアギャップと負荷の同時推定,においても大きな成果をあげた。さらに世の中への啓蒙活動を視野に入れているが,「モータ/キャパシタ/ワイヤレスによって描く未来のクルマ社会」「100年後のクルマとエネルギー」などと題する招待講演や寄稿を数多く行い,その目的を達成できたと言える。本研究は,リチウムイオン電池一辺倒で進んでいる内外の電気自動車(EV)開発に警鐘を発し,「もう一つのクルマ社会」を提案し,そのための「モータ/キャパシタ/ワイヤレス」の要素技術開発を10程度にしぼり,3年計画でこれを追求するものであった。すなわち,「ワイヤレス」電力伝送によって電力インフラにクルマを接続し,「キャパシタ」にちょこちょこ充電ながら走る電車のようなクルマを開発した。そして,電気自動車の最大の利点である「モータ」の制御性の良さを活かした運動制御によって,安全性の向上とさらなる省エネルギーの実現に成功した。まず,1.電気モータの高い制御性を生かした運動制御技術は,電気自動車の走行安全性を向上させる研究,運転者にとっての操舵性・乗り心地を向上させる研究,キャパシタ電気自動車の航続距離を延長させる研究,その他に分類しそれぞれの項目において,所期の予定通り,実車による走行実験を含む大きな成果を上げることができた。また,柏キャンパス内に走行実験路を整備し初年度に舗装もすべて完了した。新しいガレージも完成し,その後の研究計画に大きな助けとなった。また,2.電気自動車への電磁共鳴方式によるワイヤレス充電については,最大効率追従制御システムに関する研究,kHzアンテナの大電力かつ超小型化に関する研究,インピーダンス変動を考慮した設計,エアギャップと負荷の同時推定,などにおいて大きな成果をあげることができた。さらに世の中への啓蒙活動を視野に入れていたが,モータ/キャパシタ/ワイヤレスによって描く未来のクルマ社会,100年後のクルマとエネルギーなどと題する招待講演や寄稿を数多く行い,その目的を達成できたと言える。
高対称性構造の金属内包型シリコンおよびゲルマニウム・クラスターに関する理論的研究

炭素と同系列のシリコンおよびゲルマニウムでは、分子として最も対称性の高いI_h構造をなすクラスターとして、M_<12>,M_<20>,M_<32>,M_<60>などが候補に挙げられる。しかし、フラーレンと同じSi_<60>では系はI_h構造で安定構造とならず、これまで実験的にも観測されていない。本研究では、これらの問題を解決し、シリコンおよびゲルマニウムのクラスターに金属原子を内包させることにより、究極のナノサイズの光学、磁性、および伝導性をもつ半導体クラスターを、理論的に探求する。本申請者はこれまでに密度汎関数法を用い、Zn@Ge_<12>およびLa@Si_<20>、Ce@Si_<20>-がI_h対称構造をなすことを明らかにしてきた。今回の研究は、これらの新しいナノサイズ半導体物性を理論的な側面から、未知の物質を探求するプロジェクトである。I_h構造の美しさは、数学的な取り扱いが可能であり、この分野における複合的な理論の構築している。シリコンおよびゲルマニウム・クラスターの安定構造を密度汎関数で決定すると、電子占有を考慮すると、Si_<12>^<2->、Ge_<12>^<2->とアニオン状態でI_h対称構造をなす。これらのアニオン状態では、Jahn-Teller歪みを起こしてします。これらのクラスターでI_h構造が準安定構造となってしまう問題を解決し、I_h構造が最安定構造になるようにするには、i対称中心に他の金属原子を内包させることである。本申請者は、I_h構造をとるZn@Ge_<12>をより高い電子状態理論で、その電子状態および磁性、光学的性質を探求してきた。また、ランタノイド金属内包型シリコンの研究について、スピン軌道相互作用により見られる磁気的・光学的性質を研究してきた。これら相対論的な効果を考慮した理論計算を行うため、九大グループが開発してきたモデルコアポテンシャル法の理論の構築・拡張を茂木が担当し、プログラムの開発を分担者の橋本が行ってきた。炭素と同系列のシリコンおよびゲルマニウムでは、分子として最も対称性の高いI_h構造をなすクラスターとして、M_<12>,M_<20>, M_<32>, M_<60>などが候補に挙げられる。本申請者はこれまでに密度汎関数法を用い、Zn@Ge_<12>およびLa@Si_<20>、Ce@Si_<20>^-がI_h対称構造をなすことを明らかにしてきた。

これらのアニオン状態では、Jahn-Teller歪みを起こしてします。これらのクラスターでI_h構造が準安定構造となってしまう問題を解決し、I_h構造が最安定構造になるようにするには、i対称中心に他の金属原子を内包させることである。本申請者は、Ih構造をとるZn@Ge_<12>をより高い電子状態理論で、その電子状態および磁性、光学的性質を探求してきた。また、ランタノイド金属内包型シリコンの研究について、スピン軌道相互作用により見られる磁気的・光学的性質を研究してきた。これら相対論的な効果を考慮した理論計算を行うため、九大グループが開発してきたモデルコアポテンシャル法の理論の構築・拡張を茂木が担当し、プログラムの開発を分担者の橋本が行ってきた。炭素と同系列のシリコンおよびゲルマニウムでは、分子として最も対称性の高いI_h構造をなすクラスターとして、M_<12>,M_<20>,M_<32>,M_<60>などが候補に挙げられる。しかし、フラーレンと同じSi_<60>では系はI_h構造で安定構造とならず、これまで実験的にも観測されていない。本研究では、これらの問題を解決し、シリコンおよびゲルマニウムのクラスターに金属原子を内包させることにより、究極のナノサイズの光学、磁性、および伝導性をもつ半導体クラスターを、理論的に探求する。本申請者はこれまでに密度汎関数法を用い、Zn@Ge_<12>およびLa@Si_<20>、Ce@Si_<20>^-がI_h対称構造をなすことを明らかにしてきた。今回の研究は、これらの新しいナノサイズ半導体物性を理論的な側面から、未知の物質を探求するプロジェクトである。I_h構造の美しさは、数学的な取り扱いが可能であり、この分野における複合的な理論の構築している。シリコンおよびゲルマニウム・クラスターの安定構造を密度汎関数で決定すると、電子占有を考慮すると、Si_<12>^<2->、Ge_<12>^<2->とアニオン状態でI_h対称構造をなす。