hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
共同空間にみる震災後の集落再生に関する研究

共同空間を介した集落再生に関し、主に以下の2つの点で研究をすすめた。もうひとつは益城町の津森神宮を中心として執り行われるお法師祭りに注目した。益城町、西原村、菊陽町の12の集落を1年ごとに12年かけてまわる祭りであることから、それらの集落には祭りを担う期間、共通した空間性が現れ、集落内外のコミュニティの維持・再生に寄与していることが考えられることから、本年度は祭りの実態を戦後昭和期と現代において把握し、特にその間の変容と熊本地震後の祭りの実態を考察した。全体としては祭りを中心的に担うお法師屋の世襲制、お仮屋の仕様や巡行の手段など変化して点もあるが、担当する集落にとっては重要な祭りであり、実施のために参加者の確保や資金は大きな課題となっているようである。今後は変化の内容を集落の変容との関係から捉えるとともに、祭りにかかわる組織の実態を運営を含めて明らかにすることが課題である。上記の研究実績であげた項目以外に、平成30年度の研究計画では、前年に調査を行った集落内の広場や公園に対して、仮設住宅が建設された場合とそうでない場合での集落との関係性の相違、集落との関係保持の仕組みに関する調査・考察を行う予定であった。また同様に、前年に調査を行った益城町の集落におけるお堂に対して、再建過程及びそこでのコミュニティの実態と集落再生への関わりを調査・考察を行う予定であった。これらに関しては現在進行中で今年度にかけて行う予定であることから、“やや遅れている"と判断した。集落構成に関しては、過去に調査を行った阿蘇カルデラ内の集落(南阿蘇村)を対象に同様の調査を行い、比較を通し、この10年間の空間構成上の変容と震災の影響を捉え、変容あるいは影響を受けやすい集落の構成要素の抽出を試みる。共同空間の中で広場や公園に関しては、仮設住宅及びその居住者と集落との関係を明らかにする。住宅地が集落内の共同空間に建設された場合とそうでない場合、集落における位置、居住者属性などの点を踏まえ、区長及び居住者へのヒアリングまたはアンケート調査を通して、仮設住宅の運営及び居住者と集落との関係性における相違点を把握し、集落との関係保持の仕組みに関する知見を得るとともに、仮設住宅退去後の居住の動向を把握する予定である。神社や墓地に関しては、まず、特徴的であった益城町の集落におけるお堂を介したコミュニティと集落再生の実態を、お堂の再建の状況と費用、並びに、お堂を介したコミュニティの震災前後の状況を把握する。また、益城町に立地する津森神宮は、周辺町村にも氏子をもつ郷社であり、西原村や菊陽村を含めて行われるオホシ祭りの中心的神社である。オホシ祭りをとり行う団体と運営実態、並びに、震災後の祭りと運営の状況を把握する。一方、墓地に関しては、震災後に再編・再建された事例に着目し、その過程及び運営団体の実態等をヒアリング調査などから把握するとともに、現代における墓地問題を踏まえ、再建の課題とその方策に関する知見を得る予定である。上記の現在までの進捗状況であげた、集落内の広場や公園に対する、仮設住宅が建設された場合とそうでない場合での集落との関係性の相違及び集落との関係保持の仕組みに関する調査、並びに、益城町の集落におけるお堂に対する、再建過程及びそこでのコミュニティの実態を調査し、集落再生への関わりを考察する予定である。
看護職者の職務遂行困難状況に対するレジリエンス向上支援の研究

病院に就職して1・3・5年目の看護職者を対象に、職務遂行を困難にする要因を明らかにし、支援について検討することを目的に研究しました。看護師にインタビュー調査を行った結果、身体的側面と精神的側面における困難が導き出され、年数や役割により異なることがわかりました。現在、多くの病院では職員のキャリアアップに向けた院内研修が体系的に実施されていますが、これに加えよりよい労働環境に向けた取り組みを体系的に組み入れていくことが支援として必要と考えます。看護職者が抱えている困難を踏まえ、困難に直面した時の回復や対処にかかわるレジリエンス力を向上させるためのセルフマネジメント研修が有効と考えます。本研究の目的は、就職後1,3,5年目の看護職者の職務遂行を困難にする要因を明らかにし、有効な支援を検討することである。データ収集として、看護系研究学術集会に参加し、看護師のレジリエンスに関係する研究の状況把握に努めた。また、レジリエンス研究や書籍による情報収集も行った。このような情報収集内容をインタビュー調査の参考とし、インタビュー内容・質問紙の検討を行った。次に、看護職者の職務の継続困難状態からの回復という視点から、職場適応の変化が見えやすい新人から中堅になる時期として就職1年目、3年目、5年目の看護師を対象としてインタビュー調査と質問紙調査を実施した。複数の施設の協力を得て、看護師の業務上の状況についてデータ収集した。インタビュー調査まで終え、現在分析の途中段階である。インタビュー内容の検討、研究倫理審査申請、研究協力施設や対象への説明までは順調に運んだが、それ以降のインタビュー・質問紙実施のプロセスに時間を要した。そのため、逐語録の作成や分析過程に影響が及んだ。現段階は、関連する文献の収集後、インタビューによるデータ収集をし、データ分析によりカテゴリー化し、困難となる要因の明確化にとりくんだ。困難の一部を明確にするところまで実施したが、途中段階にある。その他、有効な支援に寄与する文献を収集している段階にある。困難要因のカテゴリー化に至っているが部分的であり、もう少し推敲が必要と考えている。この推敲が、今後の有効な支援の検討に必要となる。平成27年度は書籍や論文などから参考となる文献を収集した。平成28年度から29年度にかけ各経験年数の看護師を対象としたインタビュー調査およびデータ分析を行った。その結果、職務遂行における身体的側面と精神的側面の困難を明らかにすることができた。平成29年度12月ころから、研究協力が得られた病院の看護部に研究成果を還元することを目的に、職務遂行上の困難な状況および、対処時のよりどころとなるレジリエンスの考えかたについて学習する機会をもういけることを提案している。平成29年度は病院による研修がすでに年間計画され、臨時で実施することが困難であるが、今後、看護師研修の一環として、より良い労働環境にむけた取り組みの一環として組み入れられるか検討段階にある。2018年3月に一つの取り組みとして、看護師への助言や相談を受ける身近な立場にあり、まじかに看護師の職務遂行状況をみている主任クラスの看護師を対象に、5年目までの看護師像の理解の一助とするため、研究成果を伝達する機会を設けた。看護師が直面している困難を経験年数別に提示することで、それぞれの役割における困難な状況を伝えることができた。現在、職務遂行上の困難をテーマに論文にまとめ投稿し査読審査を受けている段階であり、平成29年度に関連するテーマで学会発表を行った。当初の計画を確認し、前年度と今年度で計画上のスケジュールに戻していくようにスケジュールの調整をする。困難の要因の抽出を終え、支援内容の検討に移行していく。計画上のスケジュールの半分近く遂行しているため、残りの研究内容とスケジュールの調整を行っていきたい。基礎看護学1月の時点で「その他」の経費としてテープおこしに必要な金額が明確であったため、不足がないよう支出を控えた結果である。1月末まで、物品や謝礼に関わる経費の支出が明確でない部分があったため支出を抑えた結果である次年度に繰り越し、物品費として使用する次年度に繰り越し物品費などとして使用する。
アゲハチョウ成虫の配偶行動に作用するインフォケミカルに関する研究

日本産アゲハチョウ12種類のうち、6種の成虫は体表脂質組成において雌雄同型であるのに対し、6種は明瞭な性的二型を示すことがわかった。シロオビアゲハ、ナミアゲハの雄成虫は、前脚で交尾相手を触診した後に交尾を試みることがわかった。電気生理学的試験において、雄成虫の前脚にある毛状感覚子は成虫より抽出した体表脂質に味覚応答を示した。これらの結果から、アゲハチョウは交尾相手の体表面にある脂溶性物質を配偶行動の手がかりに用いている可能性が強く示唆された。1.アゲハチョウ体表脂質組成の種間差、雌雄差の有無を把握することを目的とし、羽化後3日齢の飼育個体を用いて試料抽出、GC-MSによる化学分析を実施し、ナミアゲハ、キアゲハ、クロアゲハ、シロオビアゲハ、ジャコウアゲハ、ベニモンアゲハの成虫体表(脂質)成分および香気成分の網羅的解析を行った。各種アゲハチョウの脂質組成は種特異的であり、ナミアゲハ、キアゲハでは雌雄差が明瞭でなかったのに対し、残る4種では有意な雌雄差が認められた。また、ジャコウアゲハとベニモンアゲハからはセスキテルペンと推定される特徴的な香気成分が検出された。この他、ナガサキアゲハオナガアゲハ、カラスアゲハ、モンキアゲハの試料調製を完了した。2.ナミアゲハシロオビアゲハ、ジャコウアゲハ雄成虫の肢〓節表面構造を電子顕微鏡で観察し、毛状味覚感覚子の形状、配置を把握した。脂溶性物質に対する毛状味覚感覚子の応答をチップレコーディング法で測定する予備試験を行った。応答のS/N比が十分ではなく、測定方法を改善して再度試験を行う予定である。3.接触性インフォケミカルが作用すると考えられるアゲハチョウ配偶行動の要素を明らかにするために、ナミアゲハシロオビアゲハの求愛→配偶行動を撮影、画像解析を試みた。しかし、野外網室という半自然条件下で一連の配偶行動を行う個体数が少なく、要素解析が十分行えていない。次年度も引き続き観察を行う予定である。アゲハチョウ科全体において体表脂質組成の種間差、雌雄差を把握するため、新たにギフチョウ、オナガアゲハ、モンキアゲハ、カラスアゲハの羽化後3日齢個体を材料にGC-MSによる成分分析を行った。4種は種特異的な体表脂質組成を示す一方、カラスアゲハを除く3種の体表組成が雌雄で類似することを確認した。体色が黒色オナガアゲハ、モンキアゲハにおいて体表組成の性差が不明瞭であることは、他の黒色系アゲハチョウ4種の体表組成が性的二型であることを見いだした前年度の結果と対照的であった。これらの事実から、(1)アゲハチョウの体表組成は種特異的で種間識別の潜在的なシグナルとして有効であること、(2)体表組成の性差は種毎にばらつきが見られ異性認知のシグナルとしては信頼できない可能性のあることがわかった。配偶行動様式を明らかにするため、野外網室内にシロオビアゲハ、ナミアゲハの未交尾個体を自由飛翔させ、デジタルビデオカメラで配偶行動を動画撮影し、動画処理ソフト使って行動パターンの要素解析を行った。シロオビアゲハの雄は、未交尾雌に対して積極的な求愛を行い、交尾相手の虫体(主に翅)を前脚で叩いた後、側方から腹をまげ、交尾を行った。雌の乾燥標本を用いても雄は同様に求愛(一部は交尾)を示したことから、乾燥標本をモデルとしたシロオビアゲハの行動操作実験が可能であることがわかった。一方、ナミアゲハは求愛を行う個体が少なく、野外網室で配偶行動はほとんど観察されなかった。シロオビアゲハ、ナミアゲハを材料にして、前脚〓節毛状感覚子の体表脂質に対する電気生理学的応答を調べた。虫体より抽出した体表脂質はTriton Xで可溶化して、チップレコーディングの供試試料に用いた。〓節腹面中央毛状感覚子は体表脂質(脂溶性物質)に対してほとんど応答しなかったが、側面毛状感覚子の約半数で顕著な反応が見られた。この結果より、雄成虫が配偶行動において交尾相手の体表を前脚で叩く行動は、〓節の味覚感覚子を使って相手の体表成分を調べている可能性が強く示唆された。シロオビアゲハ、ナミアゲハ雄成虫の1前脚切除または2全ての脚のふ節をマニキュア被覆する処理を行い、野外網室において同種未交尾雌に対する処理雄の配偶行動を動画撮影し、行動パターンの要素解析を行った。処理を施さない対照雄と比較して処理雄の交尾成功率は若干低下したが、触診→交尾にいたる行動要素に大きな変化はみられなかった。

この事実から、1)触診行動では配偶行動の制御に必須かつ決定的なシグナルを受容していない、2)同種の認識よりも異種の識別において重要なシグナルを受容する、二通りの可能性が示唆された。シロオビアゲハ、ナミアゲハ成虫の前脚第5ふ節毛状感覚子を対象にして、体表脂質に対する味覚応答を詳細に調べた。毛状感覚子をふ節中央部分のMSTと側面部分のLST、2種類に区分して応答を比較した。体表脂質応答は主にLSTで測定され、シロオビアゲハで4割超、ナミアゲハで7割のLSTが正常な応答を示した。シロオビアゲハのMSTは体表脂質に殆ど応答しなかったが、ナミアゲハのMSTでは約4割が正常な応答を示した。加えて、雄のみならず雌の毛状感覚子でも体表脂質に応答する、同種の雌雄成虫および異種の雌雄成虫の体表脂質に対しても味覚応答することを確認した。これらの事実から、1)体表脂質に対する応答は主にLSTが担いその応答特性は雌雄共通である、2)毛状感覚子は種や雌雄を問わず様々なプロフィールの体表脂質に応答する、ことがわかった。ジャコウアゲハの雄成虫が有する特異的な匂いの主成分を明らかにするため、累代飼育した27個体から主要成分を単離し、その構造をγ-Himachalene骨格を有する酢酸エステルと決定した。このセスキテルペン誘導体は新規物質であり、ジャコウアゲハの雄特異的な匂い成分と考えられる。この化合物は主に雄の胸部に集中し、交尾によってその一部が雌の虫体に移行することがわかった。アゲハチョウ体表脂質の網羅的解析については、すでに10種を分析し終えた。体表脂質が配偶行動のシグナルとして関与していることを証明する行動試験は予備試験を終了し、本試験のプロトコルを作成した。交尾個体が体表脂質を味覚刺激として受容することをチップレコーディング法で確認し、本試験のプロトコルを作成した。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究対象としたアゲハチョウ14種のうち、残る4種の体表組成の分析を行う。このうち3種については分析試料入手済み。シロオビアゲハを材料にして、同種または異種成虫から抽出した体表脂質をモデルに塗布し、配偶行動における体表脂質の影響を行動実験で明らかにする。〓節味覚受容器の体表脂質に対する電気生理学的応答を、同種-異種、雄-雌間で比較し、末梢神経(感覚器)レベルでの情報受容(入力)に違いがあるのかどうか精査する。
酵素の光学選択性に関与する基質認識部位の網羅的解析

本研究では、安定性に優れ、工業的に有用な微生物リパーゼを構造の枠組みとして用い、その基質結合部位だけに組み合わせ変異を導入し、光学異性体基質によりスクリーニングすることで、様々な基質特異性(光学選択性)、反応性を有するリパーゼ群を創製し、基質認識部位の構造と反応性について網羅的に解析することを目的としている。以下に成果の概要を示す。1.Burkholderia cepacia KWI-56リパーゼの基質(3-phenylbutyric ester)に対する光学選択性の反転を目標として、基質-酵素複合体のコンピュータモデルを基に、基質結合ポケットの中にある4アミノ酸残基を標的とした、コンビナトリアルライブラリーをSIMPLEX法により作製した。その一次スクリーニングで得られたデータをファジーニューラルネットワーク(FNN)により解析し,基質の光学選択性とアミノ酸変異に関して一定のルールを導きだした。さらに構築したFNNルールに従い、新たな変異体を作製し、得られたルールが妥当であることを証明した。2.Burkholderia cepacia KWI-56リパーゼは、2-phenylbutyrateに対して低い光学選択性しか示さない。そこで本酵素にこの基質に対する光学選択性を付与することを目的に、酵素と反応中間体の構造モデルをコンピュータ上で構築し,基質選択性に関与している可能性があるアミノ酸残基を、疎水ポケット中から4カ所予測し選び出し、疎水性アミノ酸(7種)に限定したコンビナトリアル変位を導入した。SIMPLEX法によりライブラリーを作製し、スクリーニングしたところ、野生体より高い光学選択性を有する変異体を取得することに成功した。3.SIMPLEX法をより効率化するため,エマルジョン中でDNTA一分子をビーズ上に固定増幅させる技術を開発した。さらにこれをSIMPLEX法と組み合わせ、エマルジョンPCRによりDNA一分子からライブラリーを作製し、その後384穴プレートによる一ビーズPCRを行い、プレート上にDNAライブラリーを構築した。次に無細胞タンパク質合成系により2.で行ったリパーゼの変異ライブラリーを構築し、上記基質によりスクリーニングを行い、野生型より約20倍活性の上昇した変異体を得ることに成功した。本研究では安定性に優れ、工業的に有用な微生物リパーゼを構造の枠組みとして用い、その基質結合部位だけに組み合わせ変異を導入し、光学異性体基質によりスクリーニングすることで、様々な基質特異性、反応性を有するリパーゼ群を創製し、基質認識部位の構造と反応性について網羅的に解析することを目的としている。以下に本年度の主たる成果を記す。1)Burkholderia cepacia KWI-56リパーゼと基質(2-phenylpropionic acid)との反応中間体の構造モデルを、既知のホモロジーの極めて高いリパーゼ構造を基に、InsightIIとDiscoverを用いてコンピュータ上に構築し、基質選択性に関与している可能性があるアミノ酸残基を、疎水ポケット中から4カ所予測し選び出した。またスクリーニング用基質(2-phenylpropionic acid resolufin ester)の合成を行った。選択したアミノ酸残基だけに合成オリゴヌクレオチドを用いてランダム化した遺伝子プールをPCRにより調製した。次に申請者らが開発したエマルジョン中での一分子PCRによりビーズ上に上記DNAを一分子ずつ固定し、さらに1536穴プレートによる一ビーズPCRを行い、高密度なDNAライブラリーを作製した。次に無細胞タンパク質合成系により変異リパーゼをプレート上に発現させ、上記基質によりスクリーニングを行った。これまでのところ5種類の変異リパーゼを取得し、塩基配列を決定している。

2)2級アルコールに対するハイスループットなアッセイ系として、まず2-octanolおよび2-hexanolとvinyl laurateを用いたエステル転移反応を行い、生成物であるアセトアルデヒドを、NBD-Hを反応させて蛍光物質を生じさせる系を確立した。本研究では安定性に優れ、工業的に有用な微生物リパーゼを構造の枠組みとして用い、その基質結合部位だけに組み合わせ変異を導入し、光学異性体基質によりスクリーニングすることで、様々な基質特異性、反応性を有するリパーゼ群を創製し、基質認識部位の構造と反応性について網羅的に解析することを目的としている。以下に本年度の主たる成果を記す。1)Burkholderia cepacia KWI-56リパーゼのSIMPLEXライブラリーと基質(p-nitrophenyl(R,S)3-phenylbutyric acid)との1一次スクリーニングデータを用いて、ファジーニューラルネットワーク(FNN)により解析し,基質の光学選択性とアミノ酸変異に関して一定のルールを導きだした。さらに構築したFNNルールに従い、新たな変異体を作製し、得られたルールが妥当であることを証明した。このことは、ハイスループットスクリーニングとFNNの組み合わせは非常に効果的であることを示唆している。2)SIMPLEX法をより効率化するため,エマルジョン中でDNA一分子をビーズ上に固定増幅させる技術を確立した。これを用いて作製したビーズ上でのリパーゼの変異ライブラリーを用い、384穴プレートによる一ビーズPCRを行い、DNAライブラリーを作製した。次に無細胞タンパク質合成系により変異リパーゼをプレート上に発現させ、上記基質によりスクリーニングを行った。その結果、野生型より約20倍活性の上昇した変異体を得ることに成功した。1)昨年度までの検討によりSIMPLEX法をより効率化するため,エマルジョン中でDNA一分子をビーズ上に固定増幅させる技術を確立した。本年度は作製されたビーズライブラリーの質を向上させるため、マイクロチャネル乳化法を用いた均一なエマルジョン作製を試みた。この結果油層の組成等を見直すことにより、均一なエマルジョン中でのPCR反応に成功した。
臼歯喪失歯数の多寡が高次脳機能に及ぼす影響の検討

近年、学習記憶のメカニズムについて分子レベルでの解明が進歩し、関心が高まっている。平成18年度は主に基本的実験法の確立を行った。平成19年度は、ラットにおいて臼歯喪失歯数の違いが高次脳機能に及ぼす影響を明らかにするために実際に実験を行い、臼歯喪失後の空間学習記憶能の変化、海馬錐体神経細胞数および応TrkB mRNA陽性細胞数について検討を行った。実験動物はWistar系雄性ラット、実験群はA群非抜歯、B群上顎両側第一臼歯抜歯、C群上顎両側第一、二臼歯抜歯、D群上顎両側第一、二、三臼歯抜歯の4群とした。1.搬入から屠殺までの全期間を通して体重変化に有意差を認めず、体重変化からみて摂食量や栄養状態に影響はなかった。2.行動学的観察は8方向放射状迷路を用いた。喪失歯数が多くなるのに従って正選択数は減少、エラー数は増加、試行時間は延長し、この傾向は抜歯後7週で顕著となった。抜歯後7週で空間学習記憶能に影響を認めた。3.海馬錐体神経細胞数は、Nissl染色した。CA1とCA3では7週でA群に対してB、C、D群は優位に減少したが、CA4では4週でも群間に差を認めた。TrkB mRNA陽性細胞数はいずれの観察領域(嗅周囲皮質、扁桃体、視床内側腹側核、海馬CA1、CA3、CA4)においてもA群に対してB、C、D群で有意に減少した。以上より、ラット臼歯喪失により海馬錐体神経細胞数、TrkB mRNA陽性細胞数が減少したことからTrkBはBDNFを受容できず、海馬錐体神経細胞数を減少させた結果、空間学習記憶能に影響を及ぼす可能性が示唆された。ラット臼歯喪失が空間学習記憶能に障害を来すことが明らかにされつつある。近年、学習記憶のメカニズムについて分子レベルでの解明に関心が深まる中で未だ不明な点が多い。本研究の目的はラットにおける臼歯喪失歯数の多寡が高次脳機能に及ぼす影響を明らかにすることであり、木年度は今後の研究の展開に対して予備実験を実施し、ラット臼歯喪失と空間学習記憶能測定の基本的実験法の確立を行った。1.実験動物は比較的飼育や抜歯が容易で空間学習記憶能でも成績がよいとされるWistar系雄性ラットとする。2.実験群は非抜歯のラットをコントロール群として、上顎第一、二、三臼歯(計6臼歯)を抜歯したラットをExt群として2群を設定する。3.迷路装置は多用化される水迷路も検討したが、ストレス要因が多いため、他に海馬系の損傷に鋭敏で再現性が高いことなどが評価された8方向放射状迷路とする。学習記憶能の評価項目はそれぞれ性質の異なった項目である正選択数、エラー数、試行時間とする。4.屠殺方法は行動学的観察の後に脳を摘出し、脳切片を作製するためラット体内から抜血が必要で、また可能な限り生存状態のまま取り出すことを考慮し灌流固定とする。5.脳切片の作製は通法に従い灌流固定後取り出した脳を4%中性緩衝ホルマリン固定液で24時間浸漬固定し、水洗、脱水後パラフィン包埋した後、一番観察が容易である厚さ7μmの前頭断連続切片として作製する。6.脳切片の染色法は海馬錐体細胞の観察はNissl染色を施す。
エズリンをシードジーンとする胎盤機能制御遺伝子ネットワーク解析

妊娠時における胎児発育不全を回避するためには胎盤機能の解明が重要である。エズリンは胎盤に発現する細胞膜タンパク質の調節因子であり、エズリンの機能不全は胎児発育不全に繋がる。本研究はエズリンの機能不全が胎児発育不全を惹起する機構を解明するため、エズリンが作用する標的遺伝子と胎児発育不全関連遺伝子群との関連を情報学的および実験的に情報収集し、胎児発育不全関連遺伝子ネットワークを構築することを目的とした。エズリンは既知の胎児発育不全関連遺伝子との直接的な関係性は得られず、新規の機構により胎児発育不全を呈する可能性がある。胎盤における栄養物供給トランスポーターの機能は胎児発育に重要である。細胞膜トランスポーター分子群と細胞骨格を連結するエズリンは、トランスポーターの機能制御因子であり、エズリンの遺伝子欠損マウスは胎児発育不全を呈する。我々はこれまでにエズリン遺伝子欠損マウス胎児はヒポタウリン濃度が低下すること、ヒポタウリンはSLC6ファミリーにより細胞膜輸送されることを明らかにしてきた。本研究において、妊娠中期のラット胎盤においてSLC6A13とエズリンが一部共局在することを明らかにした。また、エズリンがSLC6A13の機能に与える影響を遺伝子強制発現細胞系により検討したが、エズリンは培養細胞にも高発現するため、エズリンのSLC6A13に対する影響を検討するためには、実験系のさらなる最適化が必要であることがわかった。また、エズリンおよびSLC6A13が形成する分子複合体が、さらに異なる分子群との相互連関を解明するため、タンパク質相互作用を検討している。相互作用解析に必要なSLC6A13の部分ペプチドの精製やタンパク同定の予備検討は終了し、胎盤においてSLC6A13と相互作用するタンパクを探索中である。同定したタンパク群から包括的はネットワーク解析を行い、胎児発育不全に重要な遺伝子群とそれらの相互関係を明らかにする。これらにより、胎盤におけるエズリンを起点とする栄養供給機構とその制御機構および生理的役割が明らかになると期待している。胎児成長不全の原因として細胞膜アダプタータンパクezrinを起点とした遺伝子ネットワーク解析を行った。Ezrinと相互作用する遺伝子群の推定を実験および最新の文献により行い、ezrinと関連する可能性のある遺伝子ネットワークを構築した。一方で、ezrinノックアウトマウスで観察される胎児hypotaurine欠乏症状の原因遺伝子の可能性があると仮説を立てているSlc6a13の胎児成長遺伝子ネットワーク上の位置づけは未だ明らかではない。これは、現状の遺伝子ネットワーク解析の基礎情報はタンパク質同士の相互作用、リン酸化、転写因子の関係にあるかを情報源としているため、hypotaurineなどの抗酸化剤の効果を介して遺伝子ネットワークを形成する場合には、ネットワークとしての構築が困難であることがわかった。ただ、実験的にはezrinとSlc6a13の直接的相互作用の結果も得られており、ezrinが制御するSlc6a13機能がhypotaurine欠乏に繋がるとの仮説を支持する結果も得られた。全体として、理想的な遺伝子ネットワークの完成には至らないものの、ezrinを起点とする胎児成長不全モデルの構築が進んだ。生物薬剤学遺伝子発現系におけるSLC6A13の機能解析およびそれに対するエズリンの影響、胎盤に置けるSLC6A13とエズリンのタンパク質分布の共通性、SLC6A13と相互作用する遺伝子群の探索を行っている。SLC6A13の遺伝子強制発現系での機能解析は順調に達成されたが、内因性エズリンの影響により、外因性エズリンによるSLC6A13への影響が解析困難である。細胞系の変更など一部実験系の最適化が必要である。ラット胎盤組織におけるSLC6A13およびエズリンの共局在性は、当初の目的であった妊娠中期から妊娠後期までの妊娠経過に伴う変動と共に解析が達成された。また、エズリンとSLC6A13の相互作用も検出された。タンパク質相互作用解析によるSLC6A13-エズリン複合体関連タンパク群の探索は当初の予定通りの予備検討までは終えている。適切な実験規模にスケールアップした上で、タンパク同定が可能性になると推察される。以上より、概して研究計画は順調に進んでおり、当初の計画からの大幅な変更はない。遺伝子強制発現系における内因性エズリンの影響を最小化するために、用いている細胞の変更あるいは内因性エズリンを発現抑制することで解決されると見込まれる。本研究中に発表された最新の文献からは後者による方法が最適であると考えられるが、費用と時間はかかる。タンパク質相互作用は予備検討が終了した段階であるため、今後SLC6A13に対するタンパク質相互作用が充分に検出できるラット胎盤細胞を準備することで、同定可能となる。技術的な問題は特にない。

本研究を遂行に必要な費用が別予算にて補助的に得られたため、消耗品の購入費用が当初の計画よりも少ない費用支出となった。最も費用がかかると予測していた実験部分が予備検討にとどまり、予算の執行が若干予定よりも遅くなっているが、研究計画自体は概ね予定通り進んでおり、研究計画に変更はない。
一次元金属シリサイドの電子顕微鏡学的研究とスピンデバイスへの応用

本研究は、Siをベースとしたスピンデバイスの実現に向けて、Si基板上に直接成長し、かつ室温でも磁化したシリサイドナノワイヤの作製条件の探査とスピンデバイスへの応用を目的としている。ワイヤ状にすることで、スピンデバイスにおいて必要な磁化方向の制御が容易になると推察される。ワイヤ形状を作製する基礎基板として、低対称性を有するSi(110)表面を用いた。昨年度、極低温で強磁性体となるFeシリサイドナノワイヤに、少量のCoを添加したFeCoシリサイドナノワイヤが室温以上の自発磁化を有することを明らかにした。本年度は、スピンデバイスへ応用するために、保磁力の異なるもう1種類のシリサイドナノワイヤ、特にスピン分極率を増加させると期待されているMnを利用したFeMnシリサイドについて研究を行った。三元合金化を行うために、清浄化したSi(110)表面にFeとCoを共蒸着した。成長温度が600°Cの場合、シリサイドナノワイヤは形成されない。一方、成長温度が700°Cの場合、シリサイドナノワイヤが形成される。特に、後者では、電子線ホログラフィーによる磁化状態を評価した結果、FeCoシリサイドナノワイヤと同様、ワイヤ長手方向垂直に磁化していることを明らかにした。以上の結果から、室温以上の自発磁化を有したFeCoシリサイドナノワイヤとFeMnシリサイドナノワイヤの2種類の材料の合成に成功し、今後実際のスピンデバイスへの応用が期待できる。本研究はsiをベースとしたspin-MOSFETの実現に向けて、Si基板上に室温でも磁化したシリサイドナノワイヤ(NW)の作製条件の探査とスピンデバイスへの応用を目的としている。シリサイドをワイヤ状にすることで、スピンデバイスにおいて必要な磁化方向の制御が容易になると推察される。本年度は、理想表面の低対称性によりNW作製の基礎基板として注目されているSi(110)表面を用いて、室温でも磁化したシリサイドNWの作製条件の探査を中心に研究を行った。過去、Si基板上に直接成長した強磁性シリサイドNWとしては、温度2KでのFeシリサイドNWのみである。我々はまず、FeシリサイドNWにCoを添加することで、キュリー点を室温まで高めることを試みた。三元合金化するために、清浄化したSi(110)表面にFeとCoを共蒸着した。作製したNWをエネルギー分散型X線分光法で組成を測定した結果、各ワイヤ1本1本からFe、Co、Siの3つのピークが測定され、FeCoシリサイドNWの作製に成功した。このFeCoシリサイドNWの磁化状態を、磁場を可視化できる電子線ホログラフィー(EH)を用いて、室温で測定した。このような形状異方性が強い材料では、磁気エネルギーを安定化するための還流磁区構造が形成できずに真空中に漏洩磁場が生じると考えられる。電子線の入射方向とFeCoシリサイドNWが垂直の場合、真空中に漏洩磁場は測定されないが、平行に近付けた場合、明確な漏洩磁場が測定される。このことからワイヤの長手方向と垂直に磁化していることが結論付けられる。以上の結果から、室温以上のキュリー点を持つ強磁性シリサイドNWをSi基板上に直接成長させることに初めて成功し、FeCoシリサイドNWがスピンを利用した実デバイスへの有益な材料であることを示した。
分子認識を活用したヘテロ接合型色素包接結晶の創製

中心に金属イオン(Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)を有する疎水性ポルフィリンとメチル化シクロデキストリンからなる包接錯体の結晶を得、単結晶X線構造解析によって構造を明らかとした。包接状態にあるポルフィリンの軸配位子の交換が容易に行えることや、結晶状態での軸配位子交換の可能性についても知見を得ることができた。単結晶構造から見る包接錯体の構造には中心金属の寄与はほとんどなく、実際に逐次成長によるヘテロ接合型包接錯体結晶を容易に得られることが判った。1)シクロデキストリンー金属ポルフィリン包接錯体結晶の作成シクロデキストリンーポルフィリン系の色素包接結晶において、ゲストであるポルフィリンがフリーベース、ニッケル配位に関わらず包接結晶を作成できることを既に見出している。そこで、様々な中心金属を有するポルフィリンについて色素包接結晶の作成を行い、結晶構造に対する影響について検討した。テトラフェニルポルフィリン(TPP)の中心にマンガン(III)、鉄(III)、コバルト(II)、銅(II)、亜鉛(II)を包接したそれぞれについて色素包接錯体結晶を作成し、単X線結晶構造解析を行った。その結果、いずれの金属ポルフィリンにおいても包接結晶が得られることがわかり、また、マンガンポルフィリン、鉄ポルフィリンについてはアキシャル位に塩化物イオンが配位していることや、亜鉛ポルフィリンについては水が配位していることが明らかになった。この軸配位子は母溶媒に塩を添加することで比較的容易に交換可能であり、いずれの結晶構造もフリーベースポルフィリンやニッケルポルフィリンとほとんど格子定数が変わらないことがわかった。また、色素包接錯体結晶中の孤立色素は直線偏光発光性を有し、さらに構造が安定化されることでより安定なエネルギー準位からの発光が促進されることを見出した。2)異なる色素分子をゲストとした色素包接錯体のヘテロ接合型結晶の作成シクロデキストリンーポルフィリン系の色素包接結晶において、ゲストであるポルフィリンの構造を変えても全体の格子構造にほとんど影響を及ぼさないため、逐次成長によって同一結晶中で途中から中心金属の異なるヘテロ接合型包接錯体結晶が得られることが判った。色素包接結晶やヘテロ接合型色素包接結晶の物性について有機電気デバイス特性の検討を行ったが、絶縁性であることがわかった。いずれの結晶構造もフリーベースポルフィリンやニッケルポルフィリンとほとんど格子定数が変わらないことがわかった。2)異なる色素分子をゲストとした色素包接錯体の混晶・ヘテロヘテロ接合型結晶の作成シクロデキストリンーポルフィリン系の色素包接結晶において、ゲストであるポルフィリンの構造を変えても全体の格子構造にほとんど影響を及ぼさないことを既に見出している。これは異なる構造のポルフィリンをゲスト分子とした包接結晶の混晶やヘテロ接合型結晶の構築が可能であることを意味する。そこで、種類の異なるポルフィリンを含む包接結晶の作成を試みたところ、混晶と思われる結晶を得た。しかし構造解析が困難であった。一方、ヘテロ接合型包接結晶の作成を試みたところ、フリーベースポルフィリンの色素包接結晶への金属の錯化(含浸法)や異なるゲストポルフィリンの包接結晶を逐次成長させる手法(逐次成長法)によってヘテロ接合型包接結晶が得られることが判った。初年度に色素包接錯体結晶の種類を大幅に増やすことに成功し、ヘテロ接合型色素包接錯体結晶の作成法を見出すことができた。これまでの結果より、次年度はさまざまな組み合わせのヘテロ接合型色素包接結晶のヘテロ接合型色素包接結晶を作成し、その構造及び物性評価を行うことが可能となった。包接結晶中における色素の配列制御の検討とヘテロ接合型色素包接結晶の創製:平成24年度の結果を元に、分子認識によって包接錯体の混晶において色素が3次元のエネルギー勾配を持って配列した、新しい超分子結晶材料を作製するために有効な条件を明らかにし、その格子構造と光化学特性及び光電気化学特性の相関を明らかにする。

まず、ポルフィリンmeso位官能基の分子認識による混晶中における色素配列制御を目的として4つのmeso位にそれぞれ適切な官能基を導入したポルフィリンを設計・合成し、結晶成長時の分子認識による異種ポルフィリンの配列制御について検討を行う。作製した各混晶について、X線回折による構造解析、蛍光スペクトル測定および蛍光寿命等の分光特性を調べることで、色素包接結晶中の色素の配列構造が物性及ぼす影響について検討を行う。また、3種以上の色素を用いた配列制御やポルフィリン以外の色素をゲストに用いた配列制御についても検討を行う。さらに、ヘテロ接合型色素包接結晶の構造ー特性相関の解明と高効率光エネルギー変換系への応用検討を目的として、作製した各色素包接結晶の、各結晶面における光学特性、電気特性、光電気化学特性について検討を行い、X線回折の結果と併せて構造ー機能の相関を明らかにする。ヘテロ接合型色素包接結晶の構造と機能の相関を明らかにすることで、ヘテロ接合型色素包接結晶材料を高効率光エネルギー変換デバイスとして利用する足がかりを得る。成果発表等における旅費:260千円試薬:500千円消耗品:500千円計:1,260千円
チュルク諸語のアクセント類型論

平成30年度は主にトルコ語と現代ウイグル語それぞれにおいて文レベルのアクセントがどのように実現するのかに着目した研究を行った。まず平叙文においては、両言語とも、文内の各語のアクセントが実現するようなアクセントパターンになる。しかし、トルコ語では「誰」や「何」などのwh語(疑問詞)を含む疑問文(wh疑問文)においては、そのwh語の作用域内に含まれる語のアクセントが実現しない(単純なwh疑問文であれば、疑問詞より後ろにある、文末までの全ての語のアクセントが実現しないことになる)。トルコ語におけるこのようなアクセントパターンは先行研究でも述べられており、菅沼が平成30年度に行った調査でも同様のアクセントパターンが得られた。しかし、このようなアクセントパターンが他のチュルク諸語でもみられるかどうかは明らかになっていない。そこで平成30年度は(同じチュルク諸語に属する)現代ウイグル語を対象とした調査を行った。調査の結果、現代ウイグル語ではトルコ語のwh疑問文のようなアクセントパターンは現れず、平叙文と変わらない各語のアクセントが実現するようなアクセントパターンが現れることが明らかになった。このことから、トルコ語ではアクセントはwh語の作用域を示す役割がある一方で、現代ウイグル語ではアクセントにそのような役割がないこと、および両言語は同じチュルク諸語に属する言語であるが、アクセントに着目した類型論的観点からみると異なる性質をもつことが明らかになった。この研究成果は平成30年度8月に開催された国際学会において発表した。また、平成30年度は今後のチュルク諸語との対照のために、日本語諸方言のアクセントの研究として秋田方言のを行った。今後他の日本語諸方言も対象とした研究を行い、チュルク諸語との対照を進めていく予定である。以下の3つの理由から、おおむね順調に進展していると判断した。1.チュルク諸語間のアクセントにまつわる相違点を発見し、言語類型論的研究に貢献するようなデータを提供することができたため。2.学会での意見交換や発表を通して、今後の課題、およびその解決方策を見つけることができたため。3.平成30年度主に対象としたトルコ語と現代ウイグル語以外のチュルク諸語、および日本語諸方言についても調査を進めており、将来的により広範な研究を行う基盤が整っているため。今後は、トルコ語と現代ウイグル語以外のチュルク諸語、および日本語諸方言などの、チュルク諸語以外の言語のアクセント研究を行う必要がある(チュルク諸語に関しては現時点ではキルギス語とエスキシェヒル・カラチャイ語を対象とする予定をしている)。また、平成30年度はwh語の作用域などの主にwh語の後方の語(※)のアクセントに着目した研究を行ったが、今後はこれに加え、wh語の前方に位置する語のアクセントについての研究、および、wh疑問文ではなく、フォーカス要素(強調されている要素)が含まれる文におけるアクセントの研究を行う必要がある(※チュルク諸語の場合、基本的には、wh語に後続する語がwh語の作用域内に含まれる)。

また、平成30年度はwh語の作用域などの主にwh語の後方の語(※)のアクセントに着目した研究を行ったが、今後はこれに加え、wh語の前方に位置する語のアクセントについての研究、および、wh疑問文ではなく、フォーカス要素(強調されている要素)が含まれる文におけるアクセントの研究を行う必要がある(※チュルク諸語の場合、基本的には、wh語に後続する語がwh語の作用域内に含まれる)。
低温ガラス化による重金属廃棄物の無害化処理

重金属廃棄物のガラス固化処理のために有効なガラスを見いだす目的で、固化物の化学的耐久性の向上にたいするガラス中へのチッ素(N)の導入の効果を調べ、またゾルゲル法による固化用ガラスの低温調製が可能かどうかを検討した。まず、ガラス中へのN導入の効果を2種の異なるガラス、すなわち、30【Na_2】・70【SiO_2】(mol%)および36CaO・24【Al_2】【O_3】・40【SiO_2】(mol%)の2種の酸化物ガラスに、それぞれ2.6%および5.1%までのNを導入したオキシナイトライドガラス、すなわち、Na-Si-O-Nおよび、Ca-Al-Si-O-Nガラスをつくり、水,酸およびアルカリ中での化学的耐久性を測定した。その結果、Na-Si-O-N系では水,酸およびアルカリ溶液のいずれについてもチッ素の導入により化学的耐久性が著しく増大すること、CaAl-Si-O-N系では、PHが510の中性の水にたいしてはNの有無にかかわらず耐久性が優れているか、酸およびアルカリ溶液にたいしては耐久性が低く、ガラスへのチッ素の導入の効果はほとんど認められないか、ごく僅かであることが確かめられた。このことは、重金属廃棄物の固化処理のためのマドリックスガラスとしては、Na-Si-O-Nガラスが、Ca-Al-Si-O-Nガラスより優れていることを示している。より低温で軟化することもNa-Si-O-Nガラスのほうが適している理由の一つとなる。この結果を参考として、30【Na_2】0・67【SiO_2】・3【Si_3】【N_4】の組成の固化体をゾルゲル法により低温でつくり、耐久性の高い固化体が得られるかどうかを調べた。350°C24h,490°C24hの加熱により得られたゲル体は、【Si_3】【N_4】を加えない30【Na_2】O-70si【O_2】組成の固化体にくらべて若干高い耐酸性,耐アルカリ性を示し、この方法が有効であることが確かめられた。今後、処理条件の詳しい検討が必要である。
北方圏地域における住民のライフスタイルと身体活動

北海道とサハリン州の住民は、寒冷・積雪の自然環境とさまざまな社会経済的条件を克服するため、住民の健康なライフスタイルを定着させ活動性を高める課題を共有している。1996年から3ヶ年にわたり北海道大学とユジノサハリンスク教育大学の研究者の間で、以下のプロジェクトで研究を重ねてきた。(1)北海道およびサハリンにおける中高年女性の身体活動水準の測定、(2)北海道及びサハリンにおける大学生のライフスタイルと体力の比較研究、(3)北海道及びサハリンの高齢者のライフスタイルと身体活動、(4)北海道及びサハリンにおけるスポーツ・文化の発展に果たす高等教育機関と生涯学習の役割、これらの共同調査、文献資料の交換及びシンポジウムを通して、以下の成果が得られた。(1)サハリンの住民は、多くの者が中高年齢期における肥満、非活動的なライフスタイルと食生活上の問題を抱えている。(2)北海道では、児童生徒から高齢者まで冬季に身体活動量が低下する。(3)これらの問題解決を、地域における住民の健康、スポーツ、文化の生涯学習課題として展開していく重要性がクローズアップされた。以上の成果を、日本、ロシアにおける論文及び著書、国際学会においで公表した。1.札幌市及びユジノサハリンスク市の中高年女性各12名及び13名を対象として、心拍数記録による身体活動水準を測定した結果、いずれの群でも健康で活動的で生きていくために必要な運動強度の目安である「目標心拍数」や、「運動所要量」を充足する機会が不足しており、定期的な運動を実施しない限り日常の生活の中で体力を維持できないことが明らかになった。2.札幌市及び名寄市の高齢者を対象にライフスタイルと身体活動に関する調査を実施し、積雪期の運動不足の実態、過去の運動経験や現在の運動習慣が健康状態、社会的活動水準とも関連を示す特徴が抽出された。今後同様の調査をサハリン州でも実施してもらい、両地域住民のライフスタイルの特徴、共通点などを検討したい。3.1996年6月27日にユジノサハリンスク教育大学のパスユ-コフ教授及びシドロフスカヤ主任講師を迎え、北海道及びサハリン州における住民の水泳指導の問題と指導法に関するシンポジウムを開催した。その結果、両地域に共通する自然環境、社会経済的条件の不利に由来する住民の泳力不足、溺死事故の多発などの問題の所在、生涯健康増進の立場から効果的に水泳技術を習得させていくための指導上の課題と論点が明らかになった。4.「サハリンの北方少数民族の生活文化の伝承と学習」の研究課題について、木村が1996年11月410日までユジノサハリンスク教育大学、サハリン州政府、ボロナイスク市役所、少数民族の生活文化の教育機関等を訪問調査し、少数民族の生活文化の伝承・発展の課題は、彼等が従事する地域の農林業や水産業、あるいは観光と結合した伝統工芸などの地域の内発的発展が不可欠に結合している点で北海道と多くの点で共通しており、ロシア沿海州も含めたこれらの地域の大学・研究者の学際的な共同研究が要請されていることが明らかになった。1.北海道大学とサハリン州の大学生の体力について比較調査を行った結果,体格では,男女共サハリン州の大学生が有意に大きかった.体力では,男性の場合,50m走,走幅跳,けんすいなどの運動能力でサハリン側が有意に優れ,垂直跳,踏み台昇降運動で北海道大学の学生が有意に優れていた.女性の場合,50m走,走幅跳でサハリン側が有意に優れ,ハンドボール投げ,1000m持久走,垂直跳,踏み台昇降運動で北海道大学学生が有意に優れていた.運動実施状況は,両国間に差がなく,両地域における人気スポーツの種目の違いや体力についての評価の違いなどが体力差に反映していると考えた.2.サハリン州では,学校教育・スポーツの厳しい環境にもかかわらず,大学生までの年齢層においては肥満傾向者の割合も差がなく,スポーツ実施状況は日本と同じ程度であるが,25歳以上の成人,とりわけ中高年層における運動実施率に著しい差がある.男性の平均寿命が日本より約20年短いサハリンにおいて中高年齢層のスポーツ実施率を如何に高めるかが,住民の健康増進に大きな影響を及ぼすことが示唆された.3.北海道大学で開催した研究交流会におけるサハリン住民の体育・スポーツ環境に関するシドロフスキーの報告,サハリンと北海道をはじめとするアジア近隣諸国の住民とのスポーツの交流についてのパスユ-コフの論文から,中高年層を対象としたスポーツを通しての健康づくり,地域の自立性,活性化との関わりなどが今後の重要な課題としてクローズアップされた.

生涯学習活動を通しての住民の健康なライフスタイルの定着化やスポーツ振興による効果の検証などの縦断的な研究に発展させていきたい.1.サハリン住民の体育・スポーツ活動の現状について、日本でシンポジウムを開催し、ロシア側の研究分担者(Shidlovsky,G.Y.,Shidlovskaya,T.N.及びPasyukov,P.N.)と共に論文をまとめ、北海道大学の生涯学習の論文誌および一般の読者向けの出版物(「北方圏住民の生活とスポーツ」共同文化社)として公表した。2.平成9年度に北海道大学学生界びユジノサハリンスク市内大学生を対象として日本文部省スポーツテストを実施した結果をまとめ、日本体育学会等に発表した。現在学会誌に投稿する準備を進めている。3.平成9年から平成10年にかけて北海道およびサハリン州で質問紙伝による「高齢者のライフスタイルと身体活動」の調査を実施し、両地域でそれぞれ男女計500名以上、合計1116名のデータが得られた。この調査の結果、両地域の高齢者とも冬季の身体活動量が低下すること、運動実施状況は男女ともサハリンの高齢者の方が低いことが明らかになった。さらに、ロシアの高齢者に肥満者が多い問題に食習慣での節制状態の違いが関与している可能性、若い時期の身体的活動性が高齢になってからの身体的活動性だけでなく社会奉仕活動への参加など社会的活動性にも影響を及ぼすことが示唆された。4.平成10年9月にサハリン州で高齢者の生活におけや身体活動水準及び体力測定(日本の文部省による高齢者用テスト)を実施した。今後データを追加し、北海道の高齢者との差異などを検討していきたい、
球状分子による新化学反応高速化システムの開発

第5世代および第6世代のポリ(アミドアミン)デンドリマ-1を開始剤とするアミノ酸N-カルボキシ無水物(NCA)の放射成長重合(Radial-Growth Polymerization(RGP))を行い、動的な秩序性の高い新しい重合形態として提案した。この放射成長重合では新構造高分子とも呼べる星型デンドリマ-を合成することができた。この反応系における速度論的解析を重水素化溶媒中で^1H NMRを用いた直接測定により行ったところ、第5世代のデンドリマ-では、表面近傍10Åおよび16Å以内の領域は、直鎖状成長と比較してそれぞれ30倍および20倍以上の加速反応場であることがわかった。第6世代デンドリマ-では70倍以上の加速を認めた。さらに、開始剤1を用いたサルコシンNCAの重合においても初期の放射成長/直鎖成長速度比が100倍以上であることを見出し、この高速反応システムの普遍性が示唆された。この現象は、既存の有機化学や高分子化学では解釈できず、局所的基質濃縮効果、球状分子形態による衝突確立の向上(放射状の反応秩序制御)の他に新たな原理・概念に基づく可能性も高い。この原因をある程度明確にして、それを加速倍率の向上にフィードバックし、この高速化現象については今後論文発表する予定である。
自己組織化有機ナノ構造による新奇量子状態の実現と制御

本研究では、金属表面上の有機分子自己組織化単分子膜によって形成される低次元電子状態を分子修飾によって制御することを目的とし、主に銅基板上のアミノ酸分子を対象にSTM測定を行った。その結果、βアラニン/Cu(100)界面に、以前に報告したグリシンとは異なる分散関係をもつ二次元電子ガス状態が形成されることを明らかにした。また、グリシン/Cu(111)では、グリシン自己組織化構造にCu(111)の表面電子状態が閉じ込められ、量子閉じ込め状態が形成されることを明らかにした。本研究では、金属表面上の有機分子自己組織化単分子膜によって形成される低次元電子状態を分子修飾によって制御することを目的とし、主に銅基板上のアミノ酸分子を対象にSTM測定を行っている。最も単純なアミノ酸であるグリシン分子をCu基板へと吸着させた場合、大きな分子基板間相互作用により新たな電子状態が形成される。このような状態が、グリシン分子を基本として主鎖および側鎖を修飾していくことにより、どの様に変化するかを詳細に解析し、修飾の効果を単一官能基レベルで明らかにする。昨年度は、研究室所有の極低温超高真空STM装置に有機分子蒸着装置を設置するためにベークパネルの改造を行うとともに、主にCu基板上のβ-アラニンおよびα-アラニンのラセミ混合蒸着膜に対し実験を進めた。その結果、β-アラニンを用いることで、分子膜/Cu(100)基板界面に形成される二次元電子状態が、グリシンのときと異なる分散関係を有することを明らかにした。これは分子修飾によって二次元電子状態を人為的に変化可能であると示唆する結果である。一方、Cu(111)表面上にラセミ混合のα-アラニンを蒸着したとき、分子は基板上で自己組織化的に同じキラリティー同士で集合し、グリシンと同様の網目構造を形成することを発見した。さらに、Cu(111)表面上に形成されるグリシンの自己組織化構造がC_<60>分子の孤立吸着に対するテンプレートとしての機能を有することを明らかにした。これらの結果は有機分子の自己組織化を利用することによりさらに高次な機能性構造を作製できる可能性を示唆する結果であり、今後研究を進めることにより、上記目的を達成するための有用な知見が得られるものと期待される。昨年度は、超高真空STM装置に分子線蒸着装置を設置し、主にCu(100)基板上のα-アラニン、β-アラニン、γ-アミノ酪酸(GABA)、アミノ安息香酸(オルト、パラ配位)、Cu(111)基板上ではグリシン分子が形成する自己組織化ナノ網目構造を対象に実験を行った。Cu(100)での実験ではグリシンと同様に吸着分子がp(2×4)構造を形成するときにのみ、界面でグリシンとは異なる分散関係をもつ二次元電子状態(2DEG)が形成された。この結果は2DEGの形成には基板上での各官能基の配置関係がきわめて重要であることを示唆している。一方、グリシン/Cu(111)系では、ナノ網目構造上に孤立吸着したC_<60>単分子の状態をSTM励起によって変化させることに成功した。以上の結果は、有機分子の自己組織化構造によって固体基板上の低次元領域に新奇な電子状態を形成・制御し、それを微小プローブによって単一分子レベルで変化させることができる可能性を示しており、将来、分子ナノデバイスへのさらなる応用が期待される。本研究では、金属表面上の有機分子自己組織化単分子膜によって形成される低次元電子状態を、人為的に制御することを目的とし、主に銅基板上のアミノ酸分子を対象にSTM測定を行っている。グリシン分子をCu基板へと吸着させた場合、分子基板間相互作用により新たな電子状態が形成される。このような状態が、主鎖および側鎖の官能基を変えていくことで、どの様に変化するかを解析する。また、これらの自己組織化構造をテンプレートとしてフラーレン分子等の孤立吸着状態を実現し、STMを用いた吸着状態の観察及び状態操作の可能性の検討を行なっている最終年度である23年度は、22年度の結果を基にCu(111)基板上の研究を主に行った。

通常の清浄Cu(111)表面の場合にはステップ端に凝集して吸着しやすい性質を持つ金属内包フラーレンLa@C82を、グリシンで作成した自己組織化ナノ網目構造をテンプレートとして用いることにより孤立吸着させ、走査トンネル分光(STS)を測定することによりその電子状態を調べた。その結果、テンプレート内に単一に吸着したLa@C82は凝集した状態とは異なる電子状態を有していることを明らかにした。両者が異なる理由としては、La@C82のもつ半占有軌道(SOMO)が、分子が多数凝集したときは結合軌道を形成するのに対し、孤立吸着した分子ではその軌道がさほど変化しないためと考えられる。さらに、密度汎関数法による理論計算を行い、実験およびシミュレーションSTM像を比較することにより、Cu(111)表面上に吸着したグリシン分子の吸着形態を決定した。その結果、自己組織化網目構造は、基板上の三回対称中心に吸着したグリシンの三量体を単位構造として形成されており、分子間の水素結合によって安定化していることを示唆する結果を得た。これらの結果の一部を研究成果として論文投稿し、Chemical Communicatios誌に掲載された。