hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ErbB4受容体切断の統合失調症発症における役割の解明

ErbB4は選択的スプライシングによって、膜貫通領域が異なるJMaまたはJMb型が存在するが、最近、統合失調症患者の脳ではJMa型の発現が増加していることが報告された。GnRH受容体刺激によるErbB4の切断はJMb型では生じないことから、JMa型の発現の増加が統合失調症発症と関連があるのではないかと考えている。本研究ではGnRH受容体刺激後のErbB4の細胞内シグナル伝達機構を詳細に解析する。また、モデル生物としてゼブラフィッシュを用いて、ErbB4のノックダウン胚を作成し表現系を解析する。これらによってErbB4の切断および活性化と統合失調症発症との関与を明らかにすることをめざす。個体レベルでのErbB4の機能を調べるために、モデル生物として小型魚類であるゼブラフィッシュを用いた。ゼブラフィッシュのErbB4をノックダウンするために、ErbB4に対するモルフォリノアンチセンスオリゴ(MO)を作成した。ゼブラフィッシュの受精卵に微量のMOを注入し、発生段階を追って脳の形成を観察した。ErbB4をノックダウンしたゼブラフィッシュ胚は、受精後24時間で脳の形成異常が認められた。さらに、体軸が屈曲し、顕著な発育遅滞が認められた。一方で、コントロールMO(ゼブラフィッシュの遺伝子発現に影響を与えない)を注入した胚では、このような発生異常は認められなかった。さらに、ErbB4のノックダウン胚からトータルRNAを抽出し、ErbB4の発現量を検出したところ、発現量の低下が認められた。このことから、ErbB4ノックダウン胚では、ErbB4の発現が特異的に抑制され、発生初期の脳形成に重要な影響を及ぼしていることが示唆された。GT1-7細胞では、ErbB4はGnRH受容体刺激によって切断され、細胞質内には80k断片が蓄積することがウエスタンブロット法にて見出された。そこで、ErbB4の細胞膜上からの減少を調べるために、抗ErbB4抗体を用いた免疫蛍光染色法を行った。その結果、GnRH受容体刺激によって、細胞膜上のErbB4が減少している可能性が示唆された。ニューレグリン1(NRG1)およびその受容体(ErbB4)は統合失調症の原因遺伝子として知られており、NRG1-ErbB4シグナルの低下が疾患発症に関与していると報告されている。これまでに私達はマウスの視床下部の培養神経細胞であるGT1-7細胞にNRG1とErbB4が発現していることを見出している。さらに、この細胞を用いてGタンパク質共役型受容体刺激(GPCR)の一つであるゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)受容体刺激によって2つのシグナル伝達機構が存在することを報告した。ひとつは、GnRH受容体刺激によって、ErbB4またはEGFRがトランスに活性化され、MAPキナーゼファミリーの中のERK(extracellular signal-regulated kinase)が活性化される機構である。もう一つは、GnRH受容体刺激によってErbB4が切断され、細胞膜上から減少し細胞質内にErbB4-80kの断片が蓄積する。結果としてErbB4-NRG1シグナルが抑制されることを明らかにした。GnRH受容体刺激後の細胞内シグナル伝達機構を詳細に解析することで、ErbB4の切断および活性化に関与するタンパク質が明らかになると考えられる。本研究ではGT1-7細胞を用いて、GnRH受容体刺激後の細胞内シグナル伝達機構を詳細に解析する。
時系列解析におけるノンパラメトリック・ロバスト手法の研究

時系列の解析において、基本的な特性値である自己相関係数・スペクトル密度関数に関する推定・検定問題は、有限母数モデルを用いるパラメトリックな推測問題と同様に重要である。時系列解析におけるロバスト推定の研究はデータの従属性からくる困難のため進んでいない。2つのアウトライヤーモデル、イノベーションアウトライヤーモデルと付加アウトライヤーモデルが、有限母数モデルに対して導入されている。時系列解析にノンパラメトリックな方法、ロバスト手法を適用して新しい推測法を提案しその諸性質を検討している。自己相関係数の推定量を統一的に取り扱い、付加アウトライヤーモデル等を用いて、理論的にまた数値実験により、漸近的性質、ロバスト性について調べた。理論的には、個別に提案されている自己相関係数の推定方法に関して、推定方程式によるノンパラメトリックな推定方法により統一的に取り扱い、その漸近的性質を調べている。また、より実用的と思われる推定量について、その漸近的性質を調べ、そのロバスト性について検討している。数値実験による有限標本での性質については、統計言語Rを用いて、提案されている自己相関係数の推定量の有限標本での比較を数値実験により調べた。また、より実用的と思われる推定量について、数値実験によって有限標本での良さ、ロバスト性について検討した。2つのアウトライヤーモデル、イノベーションアウトライヤーモデルと付加アウトライヤーモデルが有限母数モデルに対して導入されている。自己相関係数の推定量を統一的に取り扱い、付加アウトライヤーモデル等を用いて、理論的にまた数値実験により、漸近的性質、ロバスト性について調べている。数値実験による有限標本での性質については、統計言語Rを用いて、提案されている自己相関係数の推定量の有限標本での比較を数値実験により調べている。また、より実用的と思われる推定量について、数値実験によって有限標本での良さ、ロバスト性について検討している。時系列解析にノンパラメトリックな方法、ロバスト手法を適用して新しい推測法を提案してその諸性質を検討している。
コンパクト・エマルション・スペクトロメーターを用いたタウニュートリノの研究

我々は金属板・原子核乾板の交互積層検出器ECCとコンパクト・エマルション・スペクトロメーター(CES)を組み合わせたニュートリノ検出器を磁場中に設置し、正・反タウニュートリノ反応を分離して詳細に研究する実験(SHiP)を提案している。タウニュートリノ反応の基本的な性質を調べ、レプトンセクターにおける対称性、普遍性を精査する。本研究はこの研究に必要不可欠なCESの実用化を推進する。CESは3層の原子核乾板フィルムを1Tの磁場中に15mm間隔で配置した薄い電荷分離・運動量測定装置である。このCESの原理はすでに我々の先行実験で実証済みであるが、小面積フィルム、ほぼ垂直なビームの場合に限られていた。そこで実用化を目指し、標準サイズ(100mm*125mm)のテスト用CESスタックを4個製作し、欧州原子核研究機構CERNの110 GeV/cハドロンビームを照射した。原子核乾板は、比較のため、3種類のベース素材(ポリスチレンシート、アクリル板、ガラス板)を使用した。CESスタックは厚さ15mmのロハセル板を低密度物質としてフィルム間に挿入してバネで押さえつけた構造体と、ガラス乾板を15mm間隔のスリットに挿入して空気ギャップを作った構造体の2種類である。ビーム照射終了後、原子核乾板の現像、膨潤、高速飛跡読み取り等、一連の作業を行い、その後に解析を開始した。まず磁場ゼロで照射した10 GeV/cのビーム飛跡を用いて原子核乾板同士の相互位置・角度の較正(アラインメント)を行い、続いて1T磁場中でのビーム飛跡を再構成して、ビーム飛跡群のサジッタを計算し、照射したビームの運動量から予想されるサジッタと比較した。その結果、CESスタック内の3枚の乾板のお互いの位置関係、回転角度、距離、傾き、伸縮、平面性、そしてCESとして使用したときの性能、すなわち電荷符号識別性能などがわかった。本実験で新たに得られた知見を以下にまとめる。1)ベース素材としては、ガラス板が平面性の点で最も優れていることがわかった。さらにガラス板の熱膨張係数が小さいことを考慮すると、CES用ベース素材としての性能では、ガラス板が最適である。ただし、割れやすいため、取扱いには注意を要する。2)磁場ゼロでの10GeV/cハドロンビームの照射では、垂直なビームの場合、サジッタ分布の幅は1μm程度であった。1Tの磁場を印加した場合に期待されるサジッタ値3.6μmと比較すると約3σの識別性能があることになる。このことにより、運動量測定可能領域が10GeV/cまで拡張できることがわかった。3)1T磁場中の16 GeV/cハドロンビームの照射では、垂直なビームの場合、どちらのCESスタック構造でも3σ以上の識別性能をもつ解析可能面積を60平方cm程度まで拡張できた。4)一方で、大角度(tanθ= 0.3)ビームの場合、サジッタ分布の幅は大きくなり、電荷識別性能は約2σ程度となった。これは乾板の平面性が広い範囲で十分に保証されていないためと考えられる。実際、空気ギャップ型のガラス乾板の中央部分で折れ曲がるようなたわみが生じていることもわかった。平面性の良い原子核乾板の製作と歪みや折れ曲がりなどの変形を引き起こさない新しいCES組み立て法、構造体の開発が必要である。ガラスベースの板の厚さを200μmから500μmに変更した乾板を製作し、新しいCES構造体を用いてテスト用CESを構築し、宇宙線の照射実験を実施する。その結果によって、更なる改良を行い、実用型CES組み立て法、製造法の確立を目指す。ニュートリノ反応生成プログラムGENIEを用いてタウニュートリノ反応・反タウニュートリノ反応を生成し、製作したCESのタウレプトン崩壊娘粒子検出効率や電荷符号識別性能を見積もるとともに、物理の研究目的により適したCESの構造を検討する。

まず磁場ゼロで照射した10 GeV/cのビーム飛跡を用いて原子核乾板同士の相互位置・角度の較正(アラインメント)を行い、続いて1T磁場中でのビーム飛跡を再構成して、ビーム飛跡群のサジッタを計算し、照射したビームの運動量から予想されるサジッタと比較した。その結果、CESスタック内の3枚の乾板のお互いの位置関係、回転角度、距離、傾き、伸縮、平面性、そしてCESとして使用したときの性能、すなわち電荷符号識別性能などがわかった。本実験で新たに得られた知見を以下にまとめる。1)ベース素材としては、ガラス板が平面性の点で最も優れていることがわかった。さらにガラス板の熱膨張係数が小さいことを考慮すると、CES用ベース素材としての性能では、ガラス板が最適である。ただし、割れやすいため、取扱いには注意を要する。2)磁場ゼロでの10GeV/cハドロンビームの照射では、垂直なビームの場合、サジッタ分布の幅は1μm程度であった。1Tの磁場を印加した場合に期待されるサジッタ値3.6μmと比較すると約3σの識別性能があることになる。このことにより、運動量測定可能領域が10GeV/cまで拡張できることがわかった。3)1T磁場中の16 GeV/cハドロンビームの照射では、垂直なビームの場合、どちらのCESスタック構造でも3σ以上の識別性能をもつ解析可能面積を60平方cm程度まで拡張できた。4)一方で、大角度(tanθ= 0.3)ビームの場合、サジッタ分布の幅は大きくなり、電荷識別性能は約2σ程度となった。これは乾板の平面性が広い範囲で十分に保証されていないためと考えられる。実際、空気ギャップ型のガラス乾板の中央部分で折れ曲がるようなたわみが生じていることもわかった。平面性の良い原子核乾板の製作と歪みや折れ曲がりなどの変形を引き起こさない新しいCES組み立て法、構造体の開発が必要である。ガラスベースの板の厚さを200μmから500μmに変更した乾板を製作し、新しいCES構造体を用いてテスト用CESを構築し、宇宙線の照射実験を実施する。その結果によって、更なる改良を行い、実用型CES組み立て法、製造法の確立を目指す。ニュートリノ反応生成プログラムGENIEを用いてタウニュートリノ反応・反タウニュートリノ反応を生成し、製作したCESのタウレプトン崩壊娘粒子検出効率や電荷符号識別性能を見積もるとともに、物理の研究目的により適したCESの構造を検討する。理由ビーム照射実験の結果、CES用ベース素材としてはガラス板が最適であることがわかった。さらに構造体としては空気ギャップ方式が優れていることがわかった。しかし、前回のスリット型空気ギャップ方式ではガラス乾板が折れ曲がるようなたわみを生じていることもわかった。そこで、急遽次回の宇宙線照射実験ではそのような変形を引き起こさない新しいCES組み立て法、構造体の設計を慎重に行い、新しい構造体ケースを製作した。結果として新しい構造体ケースの設計・製作に時間がかかり、準備していた宇宙線照射実験全体は次年度実施となった。そのための消耗品費、HTSでのスキャンニング・データ取得のための出張旅費等、次年度に繰り越すことになったため、次年度使用額が生じた。使用計画新しいCES構造体ケースの製作は完了したので、これに厚く強度を増した新しい原子核乾板を挿入して、組み立て、宇宙線照射実験を実施する。その後、速やかに原子核乾板の現像、高速スキャンニングを行うなど、研究を継続する。
閉環アプローチによる不斉ピリジン触媒の実践的合成

我々がこれまでに開発した合成法をベースに、より優れたルートの探索を行った結果、短行程かつアトムエコノミーに優れたN,N-ジアルキル-4-アミノピリジン(Fc*-DAAP)の新たな合成法の開発に成功した。本合成法には汎用性も備わっているため、多数の誘導体の合成も可能である。また、新たな合成法のもう一つの重要な特徴は、合成における最終行程で、ピリジン環の4位に様々なジアルキルアミノ基の導入を行えることである。本研究では、この特徴を活かして、各種Fc*-DAAPのピリジン環4位にジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジル基等の導入を行い、バリエーション豊かな触媒ライブラリーの構築を達成した。ピリジン環の4位にジアルキルアミノ基を有するN,N-ジアルキル-4-アミノピリジン(DAAP)は様々な有機合成反応で広く利用されている求核的有機触媒であり、これらにキラリティーを導入し、不斉反応に応用する研究は重要な研究課題として位置付けられている。特に、フェロセン骨格が縮環したFc*-DAAP(面不斉ピリジン誘導体)は最も効果的な不斉ピリジン触媒の一つとして知られている。しかしながら、その既存の合成法は汎用性に乏しいことでも知られている。そこで本研究では、ピリジン骨格の新たな合成法を開発することで、Fc*-DAAPを含む種々の不斉ピリジン化合物の汎用的合成法の開発を目指した。初年度は、代表者らがこれまでに開発することに成功した閉環メタセシス反応を利用するピリジン環合成法をベースに、より優れたFc*-DAAPの合成ルートの開発を検討した。その結果、金属触媒を利用しない新たな環化反応を開発することで、より汎用的なFc*-DAAPの合成法を開発することに成功した。本合成法は、アトムエコノミーに優れており、また先行手法と比較して工程数が大幅に削減されているため、目的物の大規模合成を実施できるという重要な利点をもつ。本年度は、新たなピリジン環合成法の開発に着手し、狙い通りに計画していた合成手法の開発に成功した。また、本合成法を利用することで、Fc*-DAAPの汎用的合成手法の開発にも成功した。米国のGregory C. Fu教授らによって開発されたフェロセン骨格が縮環したN,N-ジアルキル-4-アミノピリジン(Fc*-DAAP)は最も効果的な不斉ピリジン触媒の一つとして知られている。しかしながら、工業化などの大スケール合成においては、その潜在的なポテンシャルが十分に引き出されていないのが現状である。その理由は、本触媒のオリジナルの合成法がキラルHPLCによるラセミ体の直接光学分割に基づくもので、大量合成に不向きなためである。そこで本研究では、これらの新たな合成法の開発に着手した。H28年度は、初年度に開発した新たなFc*-DAAPの合成法を用いて、多数の誘導体の合成に成功した。具体的には、フェロセンCp環上を置換したペンタメチル体、ペンタフェニル体、ペンタベンジル体やシマントレン誘導体の合成に成功した。特に、以前の合成法では達成することのできなかったペンタフェニル体の合成に成功した意義は大きく、これによって既存触媒の完全供給が可能となった。工程数が大幅に削減され、なおかつアトムエコノミーにも優れた本法を用いれば目的物の大規模合成が実施可能である。また、新たに開発した合成法のもう一つの重要な特徴は、合成における最終行程で、ピリジン環の4位に様々なジアルキルアミノ基の導入を行えることである。H28年度は、この特徴を活かして、各種Fc*-DAAPのピリジン環4位にジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジル基等の導入を行い、バリエーション豊かな触媒ライブラリーの構築を行った。本年度は、初年度に開発したFc*-DAAPの合成法を利用することで、バリエーション豊かな触媒ライブラリーの構築を行った。すでに有用性が明らかとなっている触媒はもちろん、機能未知の誘導体も多数合成することができた。ピリジン環の4位にジメチルアミノ基を有するN,N-ジメチル-4-アミノピリジン(DMAP)は様々な有機合成反応で広く利用されている求核性有機触媒であり、これらにキラリティーを導入し、不斉反応に応用する研究は重要な研究課題として位置付けられている。そのようなキラルDMAP触媒の中でも特に有用なものとして知られているのが、米国のGregory C. Fu教授らによって開発された面不斉ピリジン誘導体(Fc*-DAAP)である。Fc*-DAAPはユニークな面性キラリティーをもつ触媒であり、多くの不斉反応で優れた選択性を示す汎用性を備えている。しかしながら、工業化などの大規模合成においては、その潜在的なポテンシャルが十分に引き出されていないのが現状である。このような背景の下、本研究では新たな閉環手法を用いる光学分割に頼らないFc*-DAAPの選択的合成法の開発を試みた。初年度からの二年間で、Fc*-DAAPの新たな合成法の開発に成功し、多数の誘導体の合成を達成した。具体的には、フェロセンCp環上を置換したペンタメチル体、ペンタフェニル体、ペンタベンジル体を母核にもつ触媒の合成を行うことができた。

最終年度は、本合成法を駆使することで誘導体の種類のさらなる充実を図り、構築したFc*-DAAPのライブラリーを利用して、二種類の異なる不斉反応を試みた。この結果、本研究で独自に開発した新たなFc*-DAAPが一方の不斉反応で最高のエナンチオ選択性を発現することが明らかとなり、本研究で開発した触媒の有用性を実証することができた。我々がこれまでに開発した合成法をベースに、より優れたルートの探索を行った結果、短行程かつアトムエコノミーに優れたN,N-ジアルキル-4-アミノピリジン(Fc*-DAAP)の新たな合成法の開発に成功した。本合成法には汎用性も備わっているため、多数の誘導体の合成も可能である。また、新たな合成法のもう一つの重要な特徴は、合成における最終行程で、ピリジン環の4位に様々なジアルキルアミノ基の導入を行えることである。本研究では、この特徴を活かして、各種Fc*-DAAPのピリジン環4位にジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジル基等の導入を行い、バリエーション豊かな触媒ライブラリーの構築を達成した。まずは、本年度開発した合成法を利用することで種々のFc*-DAAPの誘導体の合成を行う。特に、フェロセンCp環上を置換したペンタメチル体やペンタフェニル体の合成に取り組む。また、ピリジン環の4位に様々なジアルキルアミノ基を導入することで新規の触媒を多数合成し、不斉触媒としてのこれらの性能を評価する。H28年度に構築した触媒ライブラリーを用いて、これらの不斉触媒としての性能を評価する。特に、独自に開発した新たな触媒の中から有用なものを見出し、適宜改良を施すことでさらなる触媒のバージョンアップを行う。化学
生物はなぜ振動・同期するのか－酵母細胞における解糖系振動現象の生命機能の解明－

本研究では生物の振動・同期の生命機能を解明することを目的とした。従来,酵母細胞はある一定以上の細胞密度を越えなけば解糖系振動を行さないと考えられていたが,酵母細胞は孤立していても1細胞レベルで解糖系振動反応を起こすことを実験的に確認した。解糖系の数理モデル解析により,振動的解糖反応は定常的解糖反応よりもエネルギーの獲得効率が78%程度高いことが示された。また,酵母細胞をアルギン酸マイクロカプセルに封入し細胞密度を高めると細胞集団は解糖系振動反応を完全に同期させることを実験的に明らかにした。酵母と代謝類似性をもつがん(HeLa)細胞の解糖系振動反応を1細胞レベルで初めて観察した。本研究では,生命活動において振動や同期現象が広く見られるのはなぜかを明らかにすることを目的としている。本研究では,全ての生物が行う解糖反応に着目し,特に酵母細胞を研究対象として,解糖系の振動・同期現象の生命機能について,本年度は,酵母細胞が解糖反応を振動させる生命機能について研究した。振動状態と定常状態の生命機能を比較するためには,同一の条件下における2つの状態の生命機能を比較する必要がある。双安定状態が見出されれば,同一条件下における定常的解糖反応と振動的解糖反応のエネルギー獲得効率を比較することができる。そこで,解糖系振動反応の7変数数理モデルの分岐解析を行い双安定性を見出した。この双安定状態において,ATPおよびピルビン酸の単位時間(1周期)当たりの生成量を計算すると,振動状態の方が定常状態よりもエネルギー獲得効率(単位時間当たりの生成量)が68%程度大きいことを明らかにした。すなわち,単一細胞では,定常的な解糖反応よりも振動的な解糖反応の方が,時間効率が高いことを明らかにした。また,細胞集団の同期的解糖反応の生命機能を研究するために,まず,細胞集団の振動挙動を単一細胞レベルで観測可能な実験システム(倒立顕微鏡システム)を立ち上げ,単一細胞の解糖系振動を観測できることを確認した。酵母細胞における解糖系振動反応の同期現象の密度依存性を調べることを目的として,酵母細胞をアルギン酸マイクロカプセル内に包含した。細胞の解糖系振動反応をこの様なマイクロカプセル内で行った研究は国内外にない。単一細胞の解糖系振動反応と細胞集団の同期現象を同時に調べた。細胞密度が増大すると個々の細胞の振幅は増大し周期は短くなり,集団的な同期が高くなった。同期現象を定量化する蔵元のオーダーパラメータを計算したところ,細胞密度が高い条件では,ほぼ1に近く,極めて高い同期を示した。さらに,マイクロカプセル内を半分に分ける実験手法を用い,一方の側に低い細胞密度の酵母細胞,もう一方の側に高い密度の酵母細胞を封入して,密度の異なる細胞集団の同期や引き込み現象について,研究した。その結果,細胞密度が低い細胞集団の振動状態は,細胞密度が高い細胞集団の振動状態に,位相同期することが明らかとなった。以上の結果は,酵母細胞の解糖反応において産生される情報伝達物質であるアセトアルデヒドの細胞外濃度が細胞密度が高いほど高くなり,細胞間情報伝達が起こりやすくなったためと考えられる。この様な実験系は,細胞間情報伝達による細胞間同期現象の細胞密度依存性や空間的な細胞配置依存性を調べる上で,極めて有用である。今後,単一細胞が解糖系において振動反応を起こすことの生物学的な意義と,細胞集団が解糖系振動反応において同期することの生物学的な意義について,この様な実験系を用いて研究を継続する。酵母細胞における解糖系振動反応において,細胞密度や細胞の空間配置を制御して,単一細胞の振動状態と細胞集団の振動状態を同時に観測できる実験系を確立した。また,細胞集団の同期状態を定量的に解析する手法についても確立した。以上のように,本研究課題である,単一細胞における振動現象と細胞集団における同期現象の生物学的な意義を研究するための,実験手法と解析手法を整えたため,今後,条件を変えて実験と解析を進めることができる。また,数理モデルによる解析も併せて進めている。本研究では生物の振動・同期の生命機能を解明することを目的としている。酵母細胞を用いた実験により酵母細胞は孤立していても1細胞レベルで解糖系振動反応を起こすことを確認した。また,解糖系の数理モデル研究により,1細胞レベルにおいて振動反応を起こすのは,定常的な解糖反応よりもグルコース1分子当たり,ATPの単位時間当たりの獲得効率が78%程度高いという結果も得た。すなわち,酵母細胞が細胞内で解糖系振動を起こすのはグルコース1分子あたりのエネルギー獲得の収率よりも時間効率を優先するためと考えられる。さて,解糖系を亢進させるのは酵母細胞だけではない。がん細胞も酵母細胞と同様に好気条件下においても解糖系を亢進させることが知られている(Warburg効果)。そこで,がん細胞と酵母細胞の糖代謝類似性に着目して,がん細胞も解糖系振動を起こすのではないかとの着想に至った。すなわち,がん細胞も振動反応の時間効率性を使って,増殖に必要なエネルギーや生体高分子の材料を得ているのではないかと考えた。人子宮頸がん(HeLa)細胞を用いて実験を行ったところ,個々のHeLa細胞は解糖系振動反応を起こすことを初めて観察した。ただし,酵母細胞とはことなり,細胞密度が高い条件下においても,細胞集団の同期性は極めて低かった。これは,HeLa細胞の細胞間コミュニケーションが欠落していることを示唆しており,がん細胞が増殖しつづけることと関連している可能性がある。

本研究では生物の振動・同期の生命機能を解明することを目的とした。従来,酵母細胞はある一定以上の細胞密度を越えなけば解糖系振動を行さないと考えられていたが,酵母細胞は孤立していても1細胞レベルで解糖系振動反応を起こすことを実験的に確認した。解糖系の数理モデル解析により,振動的解糖反応は定常的解糖反応よりもエネルギーの獲得効率が78%程度高いことが示された。また,酵母細胞をアルギン酸マイクロカプセルに封入し細胞密度を高めると細胞集団は解糖系振動反応を完全に同期させることを実験的に明らかにした。酵母と代謝類似性をもつがん(HeLa)細胞の解糖系振動反応を1細胞レベルで初めて観察した。単一細胞レベルの解糖系振動反応の生命機能については,数理モデルを用いて解析を行い,振動的解糖反応が定常的解糖反応よりもエネルギーや物質生産の時間効率が高いことを示すことができた。さらに,細胞集団の同期的振動状態を単一細胞レベルで観測可能な実験系を立ち上げ,単一細胞の解糖系振動反応を測定することができたため。現在までに確立した実験手法と解析手法を用い,単一の酵母細胞における解糖系振動反応と細胞集団における同期現象を引き続き実験的に調べる。具体的には,グルコース濃度依存性を調べることで解糖系振動反応と同期現象が,栄養源獲得の容易性とどのような関係があるかを明らかにする。さらに,情報伝達物質と言われているアセトアルデヒドやATP(アデノシン三りん酸)等が,細胞間の同期現象にどのような影響を及ぼすかを明らかにする。数理モデルによる解析を併せて進めることで,栄養源であるグルコース濃度や細胞間の情報伝達の程度が,振動反応や同期現象によるエネルギーの獲得効率にどのような影響を及ぼすかを調べ,酵母細胞における解糖系振動反応と同期現象の生物学的な意義を提示する。非線形科学細胞集団における同期的解糖系振動反応を実験的に観測することを第一に進める。すなわち,同期現象の細胞密度依存性について,前年度までに立ち上げた実験系を用いて検討を行う。特に,同一の細胞密度であっても,空間的な分散状態や集合状態が,個々の細胞の振動反応や細胞集団の同期現象に影響を及ぼすことが考えられるため,そのような状態を制御できるシステムの構成も併せて進める。実験データが得られた後に,数理モデルを用いて細胞同士のカップリングによって,個々の細胞の振動状態やエネルギー獲得効率がどのように変化するかについて検討を行う。当初予定していた出張等がなかったため。国際会議の旅費として使用を計画していたが,都合により参加できなくなったため。旅費として使用予定H27年度7月に開催予定の海外で開催の研究会の旅費として使用予定。
ゲート反射と炎症アンプによる慢性炎症の制御機構

多発性硬化症患者の70%以上が寛解と再発を繰り返すが、その分子機構は未だ不明であった。我々は本申請にて痛みが多発性硬化症の再発を引き起こすことを明らかとした。また、「病は気から」と言われるようにストレスが病態の増悪に寄与することも明らかにした。具体的には、過剰なストレスが脳内に新規神経回路を形成することにより病態の拡大に寄与するものであった。さらに炎症アンプを正に制御する遺伝子をゲノムワイドスクリーニングにて同定した。その中でもBCRおよびRbm10に着目し、炎症アンプの詳細な活性化機構を明らかにした。これらの成果は論文として報告した。「病は気から」という諺や鍼灸による疾患の治療など神経系と免疫系との関与は経験的に知られている。しかし、局所性の神経活性化、不活性化が直接、免疫臓器や疾患の標的臓器に作用する「神経シグナル系」に関しては、その生体内での役割とともに分子機構もほとんど判明していなかった。最近、私たちは重力による局所の神経活性化が、近傍の血管系を制御してその場に免疫細胞の集積を引き起こし、炎症を誘導する神経シグナル系を発見した。このことは、局所神経の活性化を介する血管系の制御が、中枢神経系(CNS)を含む各種臓器への免疫細胞の侵入口、期間、量を規定して「免疫、炎症反応」の強度を時空間的に制御するものと考えられた。この局所神経刺激を介する血管での免疫細胞の侵入口の形成機構は『ゲート反射』として名付けた。今年度に私たちは、中枢神経系の自己免疫疾患である多発性硬化症のマウスモデルである実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)を利用して、様々な局所神経刺激がどのように病態に影響を与えるのかを検討した。その結果、多くの病気に付随する痛みが、EAEの再発を誘導することを発見した。このことは、痛みが単なる病気の附属物ではなく、病態に影響を与えることを示している。そのメカニズムとして、痛みによる感覚神経活性化が脳の前帯状回に伝わり、交感神経を活性化、その後EAEの最初の炎症部位である腰髄の腹側の血管に炎症誘導機構である炎症回路を過剰に活性化させ、再発に至ることが分かった。これらの知見を論文として発表した。研究成果が論文発表に繋がったため。しかしながら、これらの分子メカニズムは現時点では未開拓であり、その解明はがんや自己免疫疾患など様々な病気に対する新しい治療戦略へと繋がることが期待できる。我々はこれまでに、局所神経活性化による固有血管の状態変化が、血中免疫細胞の中枢神経系への侵入口を形成する分子機構を明らかとし、当該機構をゲートウェイ反射と名付けた。さらに当該機構の分子基盤として非免疫細胞でのNFκBとSTAT3の同時活性化で生じるケモカインの局所過剰産生機構、『炎症アンプ』を同定した。本研究提案では、局所神経活性化が、どのような経路、分子機構で、どの部位の血管の炎症アンプの活性化を制御して臓器の恒常性をコントロールするのかを、特にCNSの血管に注目して解析している。まず社会問題となっている過度のストレスによる神経活性化に着目し多発性硬化症モデルEAEの病態解析を行った結果、ストレスによる視床下部での交感神経活性化が、脳内での炎症アンプを依存したゲート形成を誘導すること、さらに局所炎症が過度の迷走神経活性化を誘導し、末梢臓器の機能不全を誘導することを明らかとして、現在論文化している。さらに炎症アンプの分子機構の解析により、BCR(Breakpoint cluster region)がCK2aによるp65のS529のリン酸化に寄与し、標的遺伝子の転写促進に重要であることを示した。また当該機構が関節炎においても重要であることを論文として発表した。しかしながら、これらの分子メカニズムを明らかとする研究は未開拓であり、当機構の解明はがんや自己免疫疾患など様々な病気に対する新たな治療戦略へとつながることが期待される。我々はこれまでに、局所神経活性化がそれぞれ固有の血管に血中免疫細胞の中枢神経系への侵入口を形成する分子機構を明らかとし、当該機構を「ゲートウェイ反射」と命名した。さらに、当該機構の分子機序として、非免疫細胞でのNFκBとSTAT3の同時活性化で生じるケモカインの過剰産生機構である炎症アンプを同定した。本研究提案では、社会問題に発展している過度のストレスによる局所神経の活性化が、どのような経路、分子機構で、どの部位の血管の炎症アンプの活性化を制御して臓器の恒常性をコントロールするのかを、特に中枢神経系の血管に着目して解析した。はじめに過度の慢性ストレスによる神経活性化に着目し多発性硬化症のモデルEAEの病態解析を行った結果、ストレスによる室傍核での交感神経活性化が、脳内の第三脳室、海馬および視床に囲まれた特定血管に血管ゲートを形成させ、微小炎症を誘導することを見出した。この脳内微小炎症が、ATPを介した神経活性化を新たに誘導、過度の迷走神経活性化を引き起こし、胃・十二指腸からの出血や心機能の低下など介して突然死を引き起こすことが明らかになった。当研究は、ストレスがゲートウェイ反射を介して脳内に新規神経回路を形成することにより臓器連関に多大な影響を及ぼすことをはじめて明らかにしたものであり、当成果は論文として発表した。

多発性硬化症患者の70%以上が寛解と再発を繰り返すが、その分子機構は未だ不明であった。我々は本申請にて痛みが多発性硬化症の再発を引き起こすことを明らかとした。また、「病は気から」と言われるようにストレスが病態の増悪に寄与することも明らかにした。具体的には、過剰なストレスが脳内に新規神経回路を形成することにより病態の拡大に寄与するものであった。さらに炎症アンプを正に制御する遺伝子をゲノムワイドスクリーニングにて同定した。その中でもBCRおよびRbm10に着目し、炎症アンプの詳細な活性化機構を明らかにした。これらの成果は論文として報告した。今年度の進捗が順調であったことから、これまでと同様に計画に沿って研究を推進して行く予定である。今年度の進捗が順調であったことから、これまでと同様に計画に沿って研究を推進していく予定である29年度が最終年度であるため、記入しない。神経免疫学29年度が最終年度であるため、記入しない。
減数分裂における細胞周期チェックポイント制御機構

現在知られているすべての真核生物において、減数分裂ではDNA複製が完了した後に遺伝子組み換えのための二重鎖切断が生じると考えられている。出芽酵母ではこの過程は直接カップリングしていることが知られている。本研究において、分裂酵母でこの過程を詳しく調べてみた。DNA合成阻害剤であるヒドロキシレア(HU)で処理すると、DNA複製が阻害されるだけでなく、二重鎖切断も阻害された。しかし、DNA複製後にHUを加えても二重鎖切断は阻害されなかった。このことより、HUは直接二重鎖切断の形成を阻害しているのではなく、DNA複製を介して二重鎖切断を抑制していると考えられる。すなわち、DNA複製と二重鎖切断は独立した現象で、チェックポイント因子により制御されていることが示唆される。そこで、DNA複製と二重鎖切断をカップリングさせているような因子をスクリーニングしたところ、Rad1,Rad3,Rad9,Rad17,Rad26,Hus1,Cds1がこの制御に必要であることが明らかになった。さらに、これらの変異株でみられる二重鎖切断は正常な場合と同じ位置に観察された。以上のことから、DNA複製と二重鎖切断は独立した現象で、チェックポイント因子により制御されていると考えられる。このチェックポイントはいかなる生物でも未同定の新しい経路であると思われる。また、このような因子のホモログはヒトにおいても存在し、DNA複製や損傷のチェックポイント機能があると考えられている。従って、この研究により、チェックポイント因子がヒトを含む高等動物の減数分裂におけるDNA複製と遺伝子組み換えのカップリングにも関与していることが推察された。この研究により、このようなチェックポイント因子がヒトを含む高等動物の減数分裂におけるDNA複製と遺伝子組み換えのカップリングにも関与していることが示唆された。
四元数のトポロジカル相での意義の解明への挑戦：多体問題と時間反転の破れ

スピン1/2をもつ系のハミルトニアンは系が時間反転対称性を持つとき,四元数により表示できることはよく知られている。四元数(Quaternion)とは複素数の2行2列行列で表現できるので,ハミルトニアンは2行2列のブロック対角行列となる。このとき系の一粒子状態はクラマース縮退とよばれる縮退を持つ。本申請者の独自の発案はこの縮退した2つの状態をある特定の位相の組合せでペアにすることで波動関数自体が四元数で表示できる,つまり,2行2列のブロック化された波動関数となることである。一方,トポロジカル相の典型例である量子ホール効果においては,チャーン数とよばれる波動関数由来のベリー接続が本質的であっことに対応し,一般のトポロジカル相においてもベリー接続はやはり本質的である。よって,時間反転対称な系においては,四元数で表示されるクラマース縮退した状態のベリー接続が本質的となる。波動関数ひいてはベリー接続が四元数となることでコンパクトに表示され,議論の見通しが良くなることに重要である。本課題では,この基礎理論の(1)多体問題への適用ならびに(2)時間反転対称性の破れの議論という極めて挑戦的な研究を実施した。(1)に関しては,問題を特定のバンドに射影することで一般の多体問題を部分空間に限り,多体問題の困難さを軽減することを目指し,擬ポテンシャルの構成を目指した。時間反転対称をつかわない一般の擬ポテンシャルの理論は完成しその有効性も示し論文も出版した。四元数表示による擬ポテンシャルの方法の検討も進み,その基礎理論はおよそ確立に向かっていて,各論を検討している。(2)に関しては,これも我々独自の手法である量子エンタングルメントを用いたトポロジカル数の手法を四元数化し,まず時間反転対称な系に適用することに成功した。また実四元数を複素化することで時間反転対称性の破れた系での意義を詳細に検討した。トポロジカル相の物理における四元数の意義を明確にし,さらにはそれを用いた新しい物理的知見を得ることを目指し,研究計画が3年計画であることに基づき,まず本年度はその準備的研究を行った.具体的には(1)多体問題における四元数の意義は多体系の縮退した基底状態を四元数とみてそのベリー接続を用いることにある.関して本年度はスピン1/2の量子スピン系の幾つかの模型に関して厳密対角化により全スピン数が奇数個の系を取り扱うことで四元数としての取り扱いが可能であることを確認した.(2)時間反転対称な一体問題のハミルトニアンは四元数(実四元数)で表示されるが,そこに弱い時間反転対称性の破れを加えることは四元数を複素化することに対応する.本年度はその理論的枠組みを検討するとともに,時間反転対称性が破れた系のトポロジカル数として有効なエンタングルメントトポロジカル数(エンタングルメントハミルトニアンが定めるベリー接続のをもちいたトポロジカル数)に関して研究を進め,その有効性を確認した.(3)時間反転対称な系の多体問題における四元数の意義を研究するための準備として,スピンの無い格子モデルの多体問題の数値的手法を確認した.具体的には格子上の多バンド模型に関して,電子間相互作用を特定のバンドに射影して構成する擬ポテンシャルを具体的に構成した.その正当性を磁場下の分数量子ホール系における最低ランダウ準位に射影する理論と比較することで確認した.具体的には格子上のラフリン状態を構成し,奇数分母状態,偶数分母状態それぞれに関して数値的な研究をすすめた.その一部は現在発表に向けて論文を準備中である.今後、時間反転対称な系に対して、この手法を展開し、擬ポテンシャルをスピンを導入することで四元数表示し、時間反転対称な系の擬ポテンシャルの構成とその応用を検討する。時間反転対称性の弱い破れを扱うトポロジカル数としてエンタングルメントチャーン数を計算する手法を確立し,論文として出版した.また,時間反転対称な系での多体問題を扱うための準備として,まずは格子上の多バンド模型ならびに格子上の磁場下の模型に関して特定のバンドに電子間相互作用を射影する方法を数値的に確立することに成功した.以上の2点の成果は本研究プロジェクトにおいて本質的に重要なものであるため,研究の進展は順調であると評価できる.時間反転不変な系の一粒子ハミルトニアンは四元数により表示されることはよく知られていて,その固有状態はクラマース縮退するが,申請者の発案によるとクラマース縮退した2状態は四元数表示のひとつの状態で表示される。本研究においてはこのアイデアを基礎に多体効果と時間反転対称性の破れを議論するものである。今年度も研究初年度に引き続き,最終年度に向けて基礎的な理論の整備と多体効果を議論するための数値計算手法の確立を目指す研究をおこなった。具体的には(1)時間反転不変な系でのトポロジカル相の研究には四元数を用いたベリー接続の表式が有用であるが,本年度は特にその射影演算子による表式に関して,その基礎的な理論的枠組みを議論した。(2)電子相関の効果を取り込んだ大規模な計算を行う準備として昨年度に引き続き少数スピンの系に関してクラマース縮退した系のトポロジカル量の数値的取り扱いに関して準備的な計算を遂行した。(3)相互作用の効果は平坦バンド系においては電子間相互作用が唯一のエネルギースケールとなるため時間反転対称な平坦バンド系は本研究においては特に重要な系となる。この立場から平坦バンド系に関する我々の一般論を時間反転対称な系に拡張する試みを行った。

(4)平坦バンド等,特定の一粒子バンドに射影して電子相関を議論することは,必要なヒルベルト空間の次元を縮小化するために極めて重要である。この視点から時間反転対称性はまだ取り込めていないがバンドに射影した擬ポテンシャルを格子上で構成し新しい量子相転移を見いだして,その結果を公表した。(5)3次元の時間反転対称な系は波数ごとには特殊な波数を除いて時間反転対称性は破れる。この観点からこれも独自のエンタングルメントチャーン数と呼ばれる量子数を3次元波数空間内2次元平面に対して定義し,トポロジカル絶縁体における意義を議論した。この成果も本年度論文として公表した。時間反転対称な3次元系は波数に分解したとき特定の波数以外では時間反転対称性が破れた2次元平面(セクション)の集まりと見なせる。この立場から2次元セクションごとのトポロジカル数を定義し,その物理的意義をあきらかとした。また電子相関を正確にとりあつかうために格子上の擬ポテンシャル構成は必須であるが,本年度はスピンまではまだ取り込めていないが擬ポテンシャルを構築することで新しいトポロジカルな相転移を見いだしその結果を公表することができたので,研究の総体としてはおよそ順調に研究は進んでいると評価した。スピン1/2をもつ系のハミルトニアンは系が時間反転対称性を持つとき,四元数により表示できることはよく知られている。四元数(Quaternion)とは複素数の2行2列行列で表現できるので,ハミルトニアンは2行2列のブロック対角行列となる。このとき系の一粒子状態はクラマース縮退とよばれる縮退を持つ。本申請者の独自の発案はこの縮退した2つの状態をある特定の位相の組合せでペアにすることで波動関数自体が四元数で表示できる,つまり,2行2列のブロック化された波動関数となることである。一方,トポロジカル相の典型例である量子ホール効果においては,チャーン数とよばれる波動関数由来のベリー接続が本質的であっことに対応し,一般のトポロジカル相においてもベリー接続はやはり本質的である。よって,時間反転対称な系においては,四元数で表示されるクラマース縮退した状態のベリー接続が本質的となる。波動関数ひいてはベリー接続が四元数となることでコンパクトに表示され,議論の見通しが良くなることに重要である。本課題では,この基礎理論の(1)多体問題への適用ならびに(2)時間反転対称性の破れの議論という極めて挑戦的な研究を実施した。(1)に関しては,問題を特定のバンドに射影することで一般の多体問題を部分空間に限り,多体問題の困難さを軽減することを目指し,擬ポテンシャルの構成を目指した。時間反転対称をつかわない一般の擬ポテンシャルの理論は完成しその有効性も示し論文も出版した。四元数表示による擬ポテンシャルの方法の検討も進み,その基礎理論はおよそ確立に向かっていて,各論を検討している。(2)に関しては,これも我々独自の手法である量子エンタングルメントを用いたトポロジカル数の手法を四元数化し,まず時間反転対称な系に適用することに成功した。また実四元数を複素化することで時間反転対称性の破れた系での意義を詳細に検討した。
リラクサー型強誘電体単結晶育成用電気炉の開発および単結晶育成技術の確立

本研究では,大型で良質の強誘電体単結晶の結晶育成を行うために,専用の高温電気炉を設計・試作した.設計した電気炉の仕様は,通常温度1500°C(最高温度1550°C),電気炉内均熱空間(坩堝搭載位置)150×150×150Hmm,プログラム式温度制御機能付きのものである.本電気炉では市販の電気炉より坩堝の設置面積が大きく,長時間の使用にも耐える仕様でかつ電気炉内の温度制御を市販のものよりパソコンを使ってやり易くした.また長時間の使用で異常が発生した場合のことも考慮し,安全性を充分考慮した試作となっている.本研究では,試作した電気炉を使用して大型で良質のリラクサー型強誘電体単結晶の育成技術の確立を目指して結晶育成に取組んだ.結晶育成法は,PbOを融剤とするFlux法により行った.育成した試料は,リラクサー型強誘電体の一つであるPb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O3にPbTiO_3を比率xを変えて固溶していった(1-x)Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-xPbTiO_3および同様にPb(Mn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3にPbTiO_3を固溶していった(1-x)Pb(Mn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-xPbTiO_3である.Flux法では,使用するFluxの種類や容量,坩堝の温度制御が結晶のでき方に大きく反映されるので,こうした点に注意を払い,原料の組成および温度制御パターンをいろいろと変えて結晶育成に取組んだ.単結晶育成実験では,炉内の温度を2箇所で測定してプログラム調節計にフィードバックして温度制御を行い,また育成実験毎に結晶の組成成分比率をいろいろと変えて,試料育成の過程において出現する強誘電性の育成条件による差異を調べた.PMN-xPTでは,微結晶しか育成できずよい結晶育成ができなかったため,PZN-xPTの結晶育成に焦点を絞って行った.PZN-xPTの結晶育成では,室温から3時間で1180°Cまで加熱し,10時間ほど保持した後,-2°C/hour程度で850°Cまで降温することにより,かなり良質の小さな単結晶が百個ほど育成できた.大きいものは,3×3×2.5mm^3程度の結晶でX線回折実験より,ペロブスカイト構造をしていることが確認され,また誘電率測定実験で比誘電率が約15000-20000程度であることが確かめられた.今回の研究で得られた知見として,大型で良質の結晶を作るためには,Pt坩堝は大型のものを使用し,Pt坩堝内には多くの材料粉体を入れて,Pt蓋でしっかりと密閉してFluxのPbO蒸気が洩れないようにすることと,育成に適した温度制御パターンが極めて重要であることが分かった.また,結晶成長の始まりとなる核生成をうまく制御しないと,坩堝中に多数の種結晶ができて,それらが坩堝の中心方向に成長し,その結果数多くの小さな単結晶が生じてしまい,大きく成長することが難しいことが分かった.今後は,更に電気炉の温度制御パターンの改良を続け,大型で良質の単結晶育成技術の確立ができるように研究を進める予定である.本研究では,大型で良質の強誘電体単結晶の結晶育成を行うために,専用の高温電気炉を設計・試作した.設計した電気炉の仕様は,通常温度1500°C(最高温度1550°C),電気炉内均熱空間(坩堝搭載位置)150×150×150Hmm,プログラム式温度制御機能付きのものである.本電気炉では市販の電気炉より坩堝の設置面積が大きく,長時間の使用にも耐える仕様でかつ電気炉内の温度制御を市販のものよりパソコンを使ってやり易くした.また長時間の使用で異常が発生した場合のことも考慮し,安全性を充分考慮した試作となっている.本研究では,試作した電気炉を使用して大型で良質のリラクサー型強誘電体単結晶の育成技術の確立を目指して結晶育成に取組んだ.結晶育成法は,PbOを融剤とするFlux法により行った.育成した試料は,リラクサー型強誘電体の一つであるPb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O3にPbTiO_3を比率xを変えて固溶していった(1-x)Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-xPbTiO_3および同様にPb(Mn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3にPbTiO_3を固溶していった(1-x)Pb(Mn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-xPbTiO_3である.Flux法では,使用するFluxの種類や容量,坩堝の温度制御が結晶のでき方に大きく反映されるので,こうした点に注意を払い,原料の組成および温度制御パターンをいろいろと変えて結晶育成に取組んだ.単結晶育成実験では,炉内の温度を2箇所で測定してプログラム調節計にフィードバックして温度制御を行い,また育成実験毎に結晶の組成成分比率をいろいろと変えて,試料育成の過程において出現する強誘電性の育成条件による差異を調べた.

PMN-xPTでは,微結晶しか育成できずよい結晶育成ができなかったため,PZN-xPTの結晶育成に焦点を絞って行った.PZN-xPTの結晶育成では,室温から3時間で1180°Cまで加熱し,10時間ほど保持した後,-2°C/hour程度で850°Cまで降温することにより,かなり良質の小さな単結晶が百個ほど育成できた.大きいものは,3×3×2.5mm^3程度の結晶でX線回折実験より,ペロブスカイト構造をしていることが確認され,また誘電率測定実験で比誘電率が約15000-20000程度であることが確かめられた.今回の研究で得られた知見として,大型で良質の結晶を作るためには,Pt坩堝は大型のものを使用し,Pt坩堝内には多くの材料粉体を入れて,Pt蓋でしっかりと密閉してFluxのPbO蒸気が洩れないようにすることと,育成に適した温度制御パターンが極めて重要であることが分かった.また,結晶成長の始まりとなる核生成をうまく制御しないと,坩堝中に多数の種結晶ができて,それらが坩堝の中心方向に成長し,その結果数多くの小さな単結晶が生じてしまい,大きく成長することが難しいことが分かった.今後は,更に電気炉の温度制御パターンの改良を続け,大型で良質の単結晶育成技術の確立ができるように研究を進める予定である.現在市販されている型の電気炉は、温度制御が画一的で、昇温時、降温時における制御に工夫を凝らすことができず、特に高温時での制御に工夫の余地があった。そこで、通常の電気炉では難しい温度制御をかなりきめ細かく行える特性をもった高温用電気炉を設計・製作し、大型で良質のリラクサー型強誘電体単結晶の育成を目的とした。今回は、高温状態で高精度な温度制御が可能な電気炉の設計・製作をメインに行った。電気炉に使用するヒーターは、常温1500°C(最大で1550°C)で使用することを想定し、SiC発熱体(エレマSG特)を用い、200vの3相交流を電源とし、サイリスタによる電流制御装置を設計し試作した。炉の内壁材は、炉床板としてバブルアルミナボードを使用し、内壁は高耐熱用セラミックボードを使用した。炉内の温度制御は、温度コントローラのプログラムによるPID制御方式を採用し、発熱体の電流を制御することにより行っている。温度制御に関しては、温度モニター用パソコンから、RS-232Cによって温度コントローラに制御プログラムを転送し、温度制御をよりきめ細かく行う手法を開発する予定である。これにより、複雑な結晶構造をもつリラクサー型強誘電体結晶の育成を手がけることが可能となるので、最適な結晶育成条件を探し出すことを行いながら、大型の単結晶を育成する計画である。電気機械結合係数の大きな材料として、Pb(Sc_<0.5>Nb_<0.5>)O_3、xPb(In_<0.5>Nb_<0.5>)O_3(1-x)PbZrO_3等が知られているが、大型で良質の単結晶は得られておらず、また、高融点の材料もいくつか存在し、単結晶育成が期待されるものも多い。今後は、電気炉の調整、改良を行いながら、単結晶の育成に重点を移し、材料開発を中心に研究を進める計画である。市販されている型の電気炉では,1400°Cを越える高温領域できめ細かな温度制御を行うことが難しく,大型で良質の強誘電体の結晶成長を行うためには,専用の高温電気炉を設計・製作する必要があった.そこで,本研究では,通常の電気炉では難しい温度制御をかなり細かく行える特性を持った高温用電気炉の設計・製作を目的とし,本電気炉を使用して,大型で良質のリラクサー型強誘電体単結晶の育成を行うための結晶成長技術の確立を目指した.リラクサー型強誘電体には,多くの種類が見つかっており,中でも電気機械結合係数の大きな材料として,Pb(Sc_<0.5>Nb_<0.5>)O_3,xPb(In_<0.5>Nb_<0.5>)O_3-(1-x)PbZrO_3などが挙げられる.本研究では,こうした結晶材料の単結晶育成技術の確立を目指して,特に電気炉の温度制御を,対象とする物質の結晶成長に適した制御パターンを実験により見出すことをねらって行った.