hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計算機シミュレーションを用いた造岩鉱物中拡散の素過程の解明

鉱物中の拡散現象に関して、空孔形成エネルギーおよび空孔移動の活性化エネルギーを求めるために電子密度汎関数法を用い、さらに空孔移動の温度による振る舞いを明らかにするために分子動力学シミュレーションを行った。ペリクレース(MgO)についての計算の結果、空孔形成エネルギーはMg空孔とO空孔が隣接するcoupled vacancyが最も小さい一方、空孔濃度はSchottky vacancyが最も多くなることがわかった。また、空孔の移動に関しても温度によって振る舞いが違う結果を得た。鉱物の内部組織の多くは原子の拡散によって律速されるため、鉱物中の原子の拡散機構が重要であり、古くから多くの拡散実験が行われ拡散係数が求められてきた。本研究では、コンピューターシミュレーションを用いて、拡散の素過程を原子レベルで解明し、拡散係数を推定するための基礎を確立することを目的としている。そこで本年度はまずコンピューターシミュレーション環境を構築し、実際の計算を開始した。続いて、計算機を新たに購入し分子動力学(MD)シミュレーションの並列化計算を開始した。これにより今までよりも大規模な系による計算が可能となった。これらのシミュレーション環境を用いて、まずはcalcite, aragonite (CaCO3)とペリクレース(MgO)について計算を開始した。Calcite, aragoniteについては電子状態計算によりポテンシャルパラメーターを導出し、このパラメーターを用いMDシミュレーションを行った。これにより分子振動など実験と再現できることを確認し、さらに種々の相転移についてその相転移機構について解明した。電子状態計算によりポテンシャルパラメーターを導出し、MDシミュレーションに用いるとの有効性を示した。ペリクレースの空孔形成エネルギーおよび空孔活性化エネルギーについてCASTEPを用いて電子状態計算およびMDシミュレーションをそれぞれ0,300Kで行った。計算格子中にMgOをカップリングさせた空孔と格子内で最も離れた位置にMgとOの空孔をデカップリングさせた空孔とを作り、格子サイズを変化させ計算を行った結果、いずれの系においてもカップリングしたMgO空孔を持つ系のほうがMg, O空孔をデカップリングした系よりもエンタルピーが低い、すなわち安定であることが分かった。電子状態計算、分子動力学シミュレーションの結果から約0.006%の空孔濃度、すなわちMgO16384分子中1MgO分子分の空孔がある状態までは、ペリクレース中の空孔はカップリングしたMgO空孔としていると考えられる。ペリクレース(MgO)中の陽イオンと陰イオンの空孔の取り方について、陽イオン、陰イオン空孔がそれぞれ独立に存在するuncoupled vacancy(いわゆるSchottky vacancy)と互いに隣接して空孔を作るcoupled vacancyが考えられる。本年度は、まずこの2種類の空孔形成エネルギーおよび空孔移動の活性化エンタルピーを電子密度関数(DFT)計算により求めた。計算の結果、ひとつの計算セル中でuncoupled vacancyを作り計算したところ、空孔距離が6Å以上になるとことでほぼ一定になることがわかった。さらに、セルサイズが小さいときには補正したSchottky vacancyの形成エンタルピーが最も小さいが、セルサイズが最も大きい系ではcoupled vacancyの形成エンタルピーが最も小さくなった。しかし、空孔濃度としてはSchottky vacancyの方を作ると考えられる。次に、空孔移動の活性化エンタルピーについて、同じく2種類の空孔について計算を行ったところ、Schottky vacancyの空孔移動活性化エンタルピーは小さいことがわかった。これらのことから、例えば2000Kでの拡散係数はSchottky vacancyのほうがcoupled vacancyよりも6桁も大きいことがわかった。
金属ポルフィリン錯体・ポリペプチドの複合化による人工膜蛋白質モデル化合物の創製

まず、カルボキシル基を4つ有するポルフィリンに両親媒性α-ヘリックスペプチドを4分子結合させたポルフィリン-ポリペプチド複合体について、昨年度に引き続き溶液中、脂質二分子膜中での挙動を検討した.ここで膜中で安定に存在するため、ペプチドとしては20残基程度以上の鎖長をもつこと、通常の合成ペプチドと異なり分子全体の疎水性度をかなり高めることが必要であることが判った。これからポリフィリン自体の疎水性を高めることを検討し、ドデシルオキシ基を導入したポルフィリンを新たに合成した。このポルフィリンはペプチドを結合していない状態でもレシチン等天然脂質二分子膜の中央の疎水性部分に取り込まれる。このため従来と異なり10残基程度の短鎖ペプチドを結合させることで容易に膜埋設型ポルフィリン-ポリペプチド複合体が得られた。ここで、ポリペプチドの疎水性をさらに制御するため、フッ素原子を含むアミノ酸、ヘキサフルオロバリンを合成し、これを含むペプチドの脂質膜不安定化効果について検討した。さらに代表的な親水性アミノ酸、グルタミン酸のアナログとして、メチレン鎖がこれより13長いアミノ酸の高効率合成、光学分割法を開発した。これら非天然アミノ酸を組み込んだポルフィリン-ポリペプチド複合体の合成について現在検討している。さらに、ポルフィリン以外の光機能性原子団をポリペプチド中央部に配置させることを検討した。ビピリジルアラニンをヘリックス会合体の中央部に三分子近接するように設計したポリペプチドは、ニッケルイオンや亜鉛イオンと安定な錯体を生成することが判った。これらは酸化還元反応や加水分解反応の選択的触媒となると期待される。ポリペプチドの内部にフラビンを結合させた化合物についても検討した。これは、ヒドリド移動型反応において疑似ミセル型の基質濃縮効果を示し、優れた触媒活性が見いだされた。
禁煙社会を目指した健康リスク回避のための受動喫煙定量化と禁煙教育プログラムの開発

家庭内喫煙や生活習慣と児の受動喫煙との関連を検討した。保護者の受動喫煙リスク理解によって児の受動喫煙と関連するか評価した。尿中コチニンを測定、家族に喫煙者がいる場合といない場合と喫煙制限の有無で、児の尿中コチニンを比較した。喫煙者がいない場合に比べ喫煙する場合、有意に高値であった。家族に喫煙者がいる場合、喫煙の影響を知らない保護者では、知っている保護者に比べ、尿中コチニンが有意に高かった。家・車での喫煙を禁止していない保護者は、禁止の場合より、喫煙家庭の児の尿中コチニンが有意に高かった。受動喫煙の健康影響の知識を保護者が持ち、身近な喫煙禁止で、喫煙家庭でも児が受動喫煙から守られる可能性がある。喫煙は有害であるにもかかわらず、小児の受動喫煙への曝露が減っていない状況を示す基礎データを得るため、小児の受動喫煙状況を客観的に評価した。平成26年度には、幼児の受動喫煙状況について、保護者への質問紙調査と客観的手法である尿中コチニン濃度測定を行った。G県Y市在住の保育園児(36歳)453名を対象とした。453名中340名(75.1%)の保護者が参加に同意し、自記式調査票への回答と早朝第一尿の採尿を行った。質問紙では、年齢、性、体格、家族構成、既往歴、生活習慣、食習慣などの質問に加え、家族の喫煙状況を尋ねた。尿中コチニンを酵素免疫測定法で、尿中クレアチニンをJaffe法で測定し、尿中コチニンをクレアチニンで除すことで補正を行った。質問紙による家族内喫煙は51.8%、コチニンの中央値は11.0 ng/mg Creであった。受動喫煙の基準を5 ng/mg Creとしたところ、受動喫煙ありと判断された幼児は333名中257名(77.7%)であった。質問紙による家族からの受動喫煙率は51.8%であったが、尿中コチニン値で評価すると77.7%であり、質問紙による受動喫煙評価があいまいであることがわかった。また、この結果は参加した幼児に個別結果アドバイスシートとして返却した。青年期女子の受動喫煙状況を大学2年生55名(参加率91.7%)において調査した。質問紙を用いて自分の周囲の喫煙状況についての質問をし、同時に試験紙を用いて尿中コチニンを半定量した。周囲に喫煙者がいると回答した者は31名(56.4%)であった。コチニン陽性者は全体の40%で、質問紙で周囲の喫煙がない24名中の8名(33.3%)、周囲の喫煙がある31名中の17名(45.2%)がコチニン陽性であった。質問紙による周囲の喫煙の有無と尿中コチニン陽性・陰性との間に有意な関連はなく、質問紙による受動喫煙評価が難しいことを示唆した。平成27年度は学童での受動喫煙実態調査を行う予定である。喫煙者周囲の非喫煙者にとって喫煙は有害そのものである。2005年に発効した「たばこ規制枠組条約」は、現在および将来の世代をたばこの害から守ることを目的としているが、小児は受動喫煙から守られていないのが現状である。特に家族が喫煙者である場合、受動喫煙への曝露の程度が強いことが予想される。平成26年度の幼児での受動喫煙実態調査に引き続き、平成27年度は学童・生徒の受動喫煙状況の客観的評価を実施した。平成27年度は、学童・生徒の受動喫煙実態を知るため、本人及び保護者への質問紙調査と受動喫煙の客観的評価方法として尿中コチニン濃度の実測を行った。質問紙による調査はG県Y市の小中学校へ通学する子供1955人を対象とした。1955人中1384人(70.7%)が参加した。質問紙対象者1955人中1400人に尿中コチニン測定を予定したが参加者は986人、参加率は70.4%であった。同意した本人と保護者が、質問紙で、年齢、性、体格、家族構成、既往歴、生活習慣、食習慣、家庭での喫煙者の具体的状況を回答した。早朝第一尿から、酵素抗体法でコチニン値を求めた。41名(4.2%)が日本禁煙学会の受動喫煙症診断基準(コチニン値5ng/ml以上)を満たした。質問紙による同居家族の喫煙率は42.7%であり、同居家族が喫煙している子どもの平均尿中コチニンは3.4ng/mlであった。昨年度の幼児調査の結果(同居家族の喫煙は51.8%、家族が喫煙する幼児の平均コチニンは18.9ng/ml)より低値であった。家族内に喫煙者がいないにもかかわらず、学童・生徒のうち13人がコチニン値5ng/ml以上であった。家庭外での受動喫煙が客観的に示されたと考える。参加者の尿中コチニンの結果のフィードバックとして、結果を載せたアドバイスシートを本人宛てに返送した。青年期女子については引き続きデータ収集を行った。平成26年度には幼児での調査を、平成27年度には学童・生徒での調査を完遂した。参加者が平成26年度より多く、質問紙の入力作業量が膨大となった。また、今年度は、同調査内で食生活調査(食事摂取頻度調査)を行ったため、こちらの解析にも時間がかかった。

受動喫煙を受けている児の食生活評価など、今後詳細な解析を進めていく予定である。青年期女子についてもデータを集め、解析を進める予定である。「喫煙」は有害性が明らかであるにも係らず、依然わが国に残された健康課題である。2005年「たばこ規制枠組条約」が発効され、現在及び将来の世代をタバコの害から守ることを目的とした世界的潮流ができたにも係らず、日本では受動喫煙対策は進んでいない。家族が喫煙者である場合小児の受動喫煙被害は強いことが予想される。本研究では、平成26年度には幼児、平成27年度には学童において、受動喫煙実態調査を行った。具体的には、受動喫煙の客観的評価のため尿中コチニン測定を行い、保護者に質問票への記入をしてもらった。平成26年度の幼児の調査では3-6歳の対象者453名中340名が参加した。家族内喫煙は51.8%、家族が喫煙していない児の尿中コチニン中央値は7.6ng/mgCr、家族が喫煙している児の尿中コチニン中央値が14.9ng/mgCrで有意差を認めた。父母の喫煙状況と児の尿中コチニンとの関連では、母のみ喫煙者および両親とも喫煙者である場合とも、有意に尿中コチニン濃度が高く、母の喫煙が子の受動喫煙に有意に寄与していた。平成27年度は学童1141名中868人が参加した。質問紙で家庭内喫煙は47.4%であった。尿中コチニン中央値は学童全体で0.65ng/mgCr、家族が喫煙している児の尿中コチニン中央値は0.52ng/mgCr、家族が喫煙していない児では0.04ng/mgCrで有意差を認めた。幼児に比してコチニン値は全体的に低値であった。家族内の喫煙者は、父325人、母74人、祖父40人、祖母12人であった。喫煙者家族のみでの解析で、家族員の喫煙と児の尿中コチニンの関係を検討した。母親・祖母の喫煙が、父・祖父に比べ、尿中コチニン上昇に有意に関連していたことが明らかとなった。青年期女子は引き続きデータ収集を行った。学童の結果は、調査を行った自治体において研究結果を発表還元する機会を得た。平成26年度には、幼児の調査、平成27年度には学童の調査を行った。参加者が平成26年度よりも平成27年度が多かったため、該当年度内で参加者への結果返却や入力などの事務作業に時間が非常にかかった。また、平成27年度には、学童での調査において、同時に食物摂取頻度調査票を用いた食生活調査を行ったため、平成28年度はその食事調査の解析とデータ算出に時間を費やした。今後は、受動喫煙状況に食生活状況も併せ、分析を行う予定である。青年期女子の解析については引き続きデータ収集と共に解析を進めている。「喫煙」は有害性が明らかであるにも係らず、残された健康課題である。家族が喫煙者である場合、小児の受動喫煙被害は大きいことが予想される。本研究では、平成26年度には幼児、平成27年度には学童で、受動喫煙実態調査を行った。具体的には、受動喫煙の客観的評価のため、保護者による質問票への記入と児の尿中コチニン測定を同時に行った。平成28、29年度には、食事調査を含めた詳細な解析と発表を行った。平成26年度の幼児の調査では3-6歳453名中340名が参加した。家族内喫煙は51.8%、家族が喫煙していない児の尿中コチニン中央値は7.6ng/mgCr、家族が喫煙している児の尿中コチニン中央値が14.9ng/mgCrで、2群間に有意差があった。父母の喫煙状況と児の尿中コチニンとの関連は、母のみおよび両親とも喫煙者である場合とも、有意に尿中コチニン濃度が高く、母の喫煙が子の受動喫煙に有意に寄与していた。
反応場を活用した多段階ワンポット反応の開発とその合成化学への展開

研究成果の概要(和文):汎用性のある多段階ワンポット反応を開発するべく、可溶性ポリマーを反応場として利用した。主にMannich反応を題材とし、溶媒、基質、ポリマー等について検討を行ったところ、水を溶媒として用い、PEG-dimethyl etherを至適ポリマーとして見出し、高い収率で目的化合物を得ることができた。続いて、種々の基質、試薬の適応性、一般性を検討したところ、反応場の形質が基質、試薬等を加える順序によっても大きく異なり、その形質の差異が収率に大きな影響を与えることが明らかになった。本年度は反応場の概念の確立を念頭に基礎的なデータ収集実験に着手した。題材として、種々検討した結果、予備的な実験結果を持っていたDarzen反応、Mannich反応を用いて実験を進めた。可溶性ポリマーとして、ポリエチレングリコールを始めとした20種類を用いた。特にポリエチレングリコールは、多種の分子量を既製品として幅広く手に入れることができるため、これらを用いて分子量と使用する重量が反応場の形質に与える影響を網羅的に調査した。溶媒としては主に水を用いて、分子量が溶媒に可溶範囲である数万までのものを使用して検討したところ、分子量が反応場の形成に与える影響は少なく、使用する重量は反応場の形成に大きく影響を与えることが分かった。続いて、ポリエチレングリコール以外の可溶性ポリマーを用いて検討した。ここではポリマーの化学的な性質と反応場の形状との相関を網羅的に調査した。予想に反して、反応場の形状はポリマーの化学的な性質、構造に加えてポリマーの形質の差異が大きく影響することが分かった。例としてポリスチレンは、粒状のものを一度、有機溶媒に溶解した後に固化し、アモルファス状にすることによって、反応場として機能しうることが分かった。また、反応場の形質の差異が水中における有機物の反応の進行に大きく影響することが明らかとなった。全体的にはMannich反応において、イミン形成後の求核剤の反応性が大きく反応の収率に影響することから、種々の求核剤を用いて検討を行っている。昨年度は、反応場の概念の確立を念頭に、可溶性ポリマーを使用した反応についての基礎研究を行った。ここでは収率が不十分であった事から、本年度は、可溶性ポリマーを反応場としたMannich反応について、収率の向上のため詳細な検討を行った。また、種々の基質、試薬の適応性、一般性を検討し、ベンズアルデヒド、クロロアニリン、メトキシプロペンの組合わせが反応の進行に最適であることが分かった。ここで、新知見として基質、およびポリマーからなる反応場の形質が、基質、試薬等を加える順序によっても大きく異なり、その形質の差異が収率に大きな影響を与えることが明らかになった。そこで、上記の基質、試薬に対して、それらを加える順序や時間差についての詳細な検討を行ったところ、大きく収率の改善が見られた。また、至適ポリマーの選別を行い、Mannich反応では十分な収率で目的化合物を得る事ができた。続いて、ワンポット多段階反応への応用を検討中である。新知見として基質、およびポリマーからなる反応場の形質が、基質、試薬等を加える順序によっても大きく異なり、その形質の差異が収率に大きな影響を与えることが分かった。それらを基に、単工程では大幅に反応収率を向上させることができたが、昨年度に引き続いて反応場に関する基礎的な実験を行ったため、多段階反応への展開がやや遅れている。昨年度までは、反応場の概念の確立を念頭に基礎的なデータ収集と、可溶性ポリマーを反応場としたMannich反応について反応の進行と収率の向上のため詳細な検討を行い、目的化合物を得る事ができた。本年度は、更なる至適ポリマーの選別を行ったところ、PEG-dimethyl etherを用いることにより高い収率で目的化合物を得ることができた。そこで、反応場として使用するポリマーを上記に固定して更なる検討を行った。これまでは溶媒として水を用いて検討を行って来た。PEG-dimethyl etherは水にも有機溶媒にも可溶であるので、有機溶媒中での反応、あるいは水と有機溶媒の混合系での反応を検討した。その結果、有機溶媒を使用した場合は、単独使用、あるいは混合系のいずれも収率は低下したため、水を溶媒として用いることとした。用いる基質をベンズアルデヒド、クロロアニリン、メトキシプロペンとし、試薬としてYb(OTf)3を使用して反応場形成のための更なる検討を行った。PEG-dimethyl etherの平均分子量を種々検討したところ2000で最も高い収率が得られた。続いて、上記基質の濃度とポリマー濃度の関連を調査した。ポリマーに関しては溶媒量を変化させた場合と、使用するポリマー量を変化させた場合で比較検討を行った。その結果、至適濃度を見出すことはできたが、濃度の高低の変化と収率との関連は非常に乏しく、論理的な説明や見解を得ることはできなかった。ここで、同一の条件で反応を行った場合でも収率に差異が認められ、反応の再現性に大きな問題があることが分かった。また、反応場の形状にも差が出ることが分かり、これは収率と密接に関連していることが示唆された。特に反応温度を注視してその原因を探ったが、明確な理由は判明しなかった。そこで、新たな試みとして、再現性よく反応場を与えるポリマーの開発に着手している。

研究成果の概要(和文):汎用性のある多段階ワンポット反応を開発するべく、可溶性ポリマーを反応場として利用した。主にMannich反応を題材とし、溶媒、基質、ポリマー等について検討を行ったところ、水を溶媒として用い、PEG-dimethyl etherを至適ポリマーとして見出し、高い収率で目的化合物を得ることができた。続いて、種々の基質、試薬の適応性、一般性を検討したところ、反応場の形質が基質、試薬等を加える順序によっても大きく異なり、その形質の差異が収率に大きな影響を与えることが明らかになった。反応場の概念の確立を念頭に基礎的なデータ収集実験を、Darzen反応、Mannich反応を題材として進めた。可溶性ポリマーとして、ポリエチレングリコールを始めとした20種類を用い、これらを用いて分子量と使用する重量、及びポリマーの化学的な性質が反応場の形状に与える影響を網羅的に調査した。その結果、予想外の知見が得られたため、その原理を追求した基礎的な実験を行った。具体的には、反応場の形状はポリマーの化学的な性質、構造に加えてポリマーの形質の差異が大きく影響することが分かった。上記の経緯により、本年度予定していた多段階反応への展開がやや遅れている。次年度は、これまでに明らかになった可溶性ポリマーと反応場に関する知見を基に、基質や反応について、汎用性の観点から多面的に展開する。例えば、Mannich反応では、アルデヒドとして水系溶媒中での反応である利点を活かしアセトアルデヒドやホルムアルデヒドを、更にアミン、求核剤も幅広く検討し、基質と反応性の関連を精査する。また、Darzen反応や遷移金属を用いた反応等、種々の反応にも適応を試みる。その中で十分な反応性が得られるものについて、多段階反応への応用を試みる。その際、既存の反応場として用いられる界面活性剤などとの差別化を意識しつつ、反応を選別する。その後は具体的な合成目的物を設定して、反応場を利用した多段階反応による全合成へと展開したい。有機合成化学次年度はこれまでに明らかになった可溶性ポリマーと反応場の形質の相関を基に、積極的に基質のアレンジを行う。その際、汎用性のある多段階反応の実現が主題であるので、既存の反応場として用いられる界面活性剤などとの差別化を意識しつつ、反応を選別する。本年度は反応場についての基礎的な重要知見が得られたため、研究用消耗品、実験用試薬の使用が限定的であり、既存の実験用試薬等を使用することができたため、申請額よりも少額の予算執行であった。次年度は反応と合成の進歩シンポジウム、日本薬学会137年会等に出席、発表を予定しており、その費用に充てる。上記に記したように、本年度は予想外の課題が見つかったため、基礎的なデータ収集実験を中心に行った。
肥満による喘息悪化機序の解明ーＣＤ８陽性Ｔ細胞との関係

肥満は喘息悪化と関係し、脂肪炎症にはCD8陽性T細胞が関与していると報告されている。内臓脂肪中のCD8陽性T細胞が、喘息を惹起または増強するかをマウス喘息モデルで検討した。肥満マウスの喘息モデルでは、非肥満マウスと比べ喘息病態が増強していた。抗原感作肥満マウスの内臓脂肪単核球を、未感作または喘息を一旦発症した非肥満マウスの腹腔に受身移入し抗原曝露したが、喘息病態の惹起または増強は出来なかった。未感作肥満マウスの内臓脂肪CD8陽性T細胞を、非肥満マウスの腹腔に受身移入し喘息モデルを作成すると、喘息病態の発生が抑制された。内臓脂肪CD8陽性T細胞は、喘息にむしろ抑制的に作用する可能性がある。喘息と肥満との関係を明らかにすることを目的に、肥満マウスと非肥満マウスで喘息モデルを作成した。昨年同様に、非肥満マウスに比べて、肥満マウスの喘息モデルでは、気道過敏性の亢進が認められることを再確認した。また、卵白アルブミンで感作した肥満マウスの内臓脂肪から単核球を単離し、卵白アルブミンで刺激するとTh2サイトカインが産生されることを確認した。本年は、肥満マウスにおける気道過敏性の亢進に、内臓脂肪中のCD8陽性T細胞が関与しているかを確認するために、16週間の高脂肪食摂取により肥満マウスを作成し、そこから採取した内臓脂肪中のCD8陽性T細胞を、非肥満の喘息マウスに受身移入して、アレルギー性気道炎症と気道過敏性亢進が更に増強するか否か調べる実験を行う予定であった。しかしながら、達成度の理由に記した理由により、実験を行うことが出来ず、残念ながら前年以上の研究成果は得られていない。肥満マウスと非肥満マウスで喘息モデルを作成して表現型を検討すると、非肥満マウスに比べて、肥満マウスでは、より強い気道過敏性亢進および、気管支肺胞洗浄液中の総細胞数、リンパ球、好酸球の増加が認められた。卵白アルブミンで腹腔感作した肥満マウスから、内臓脂肪を取り出し、内臓脂肪組織内の単核球を精製し、未感作の非肥満マウスの腹腔内に受け身移入して、卵白アルブミンを吸入暴露させたところ、気道過敏性が亢進することが明らかになった。一方、未感作の肥満マウスから取り出した内臓脂肪由来の単核球の受け身移入では、気道過敏性の亢進は見られなかった。現在更に数を増やして検討中である。喘息と肥満との関係を明らかにすることを目的に、肥満マウスと非肥満マウスに、卵白アルブミンを腹腔内感作・吸入曝露してアレルギー性気道炎症を惹起し、気道過敏性亢進と好酸球性気道炎症の発現に差が見られるか否かを検討した。卵白アルブミンで吸入曝露しただけのコントロールマウスでは、非肥満マウス群と肥満マウス群ともに好酸球性気道炎症は惹起されず、気道抵抗にも差は認められなかった。非肥満マウスに卵白アルブミンを腹腔内感作・吸入曝露して作製した喘息モデルマウスでは、吸入曝露のみを施したコントロールマウスと比較して、有意な気道過敏性の亢進と好酸球性気道炎症が惹起された。一方、肥満マウスで喘息モデルを作成した場合には、非肥満マウスに比較して更なる気道過敏性亢進を認め、喘息と肥満とが関連することが示唆されたが、肥満マウス群と非肥満マウス群の間で好酸球性気道炎症の程度には有意な差は認められなかった。卵白アルブミンを腹腔内感作した肥満マウスから内臓脂肪を取り出し、更に単核球を分離し、試験管内で卵白アルブミンで刺激培養して、抗原特異的サイトカインが産生されるか否かを検討した。肥満マウスの脂肪から分離した単核球からは、卵白アルブミン刺激に対して特異的にTh2サイトカインおよびTh1サイトカインの産生亢進が見られ、内臓脂肪中に存在する単核球から、喘息病態の形成に重要な役割を担うと考えられているサイトカイン産生が、抗原特異的に生じることが示唆された。肥満は喘息コントロールの悪化と密接に関係し、一方で肥満の脂肪炎症にはCD8陽性T細胞が関与していると報告されている。そこで、内臓脂肪中のCD8陽性T細胞が、喘息の特徴であるアレルギー性気道炎症および気道過敏性亢進を惹起または増強し得るかをマウス喘息モデルで検討した。

まず、肥満マウスの喘息モデルを作成すると、喘息の表現型(気道過敏性亢進とアレルギー性気道炎症)が、非肥満マウスの喘息モデルより強いことが確認された。そこで、抗原で腹腔感作した肥満マウスの内臓脂肪組織中に含まれる単核球を、未感作の非肥満マウスの腹腔に受身移入して、喘息病態を惹起できるか否かを調べたところ、気道過敏性が亢進する傾向にはあったが、アレルギー性気道炎症を惹起できなかった。好酸球性気道炎症を惹起し、一旦気道炎症が消退した後に、試験管内で作成したエフェクターCD8陽性T細胞を受身移入した場合には、喘息の増強効果がみられるが、抗原感作した肥満マウスの内臓脂肪中の単核球を、非肥満マウスの腹腔に受身移入して喘息モデルを作成しても、更なる好酸球性気道炎症と気道過敏性亢進の増強は認めなかった。次に、未感作肥満マウスの内臓脂肪中のCD8陽性T細胞を、非肥満マウスの腹腔に受身移入し喘息モデルを作成すると、細胞を受身移入しない場合と比べて、アレルギー性気道炎症や気道過敏性が抑制された。これまでに、マウスの喘息モデルでCD8陽性T細胞には喘息を惹起増強する作用があること、また、ヒトの喘息においてもCD8陽性T細胞が喘息病態に関与していることを示しており、当初の予測では、内臓脂肪のCD8陽性T細胞にも喘息を惹起増強する作用があると考えて実験を行ってきたが、今回の検討結果からは、むしろ抑制的に作用している可能性が示された。医学、呼吸器内科学平成24年度の研究に取りかかった矢先の平成24年7月に、突然病気を発症し、点滴加療後に内服加療と自宅安静加療が必要になり、平成24年9月まで休業した。その後も体調が戻るまでかなり時間を要し、徐々に仕事復帰を行ったため、研究が進行せず大幅に遅れている。昨年度の病気療養の為に全体的に1年の研究進行が遅れているが、本年度は、受け身移入実験も繰り返しており、遅れを取り戻しつつある。初年度の研究の目標であった、肥満マウスと非肥満マウスにおける喘息モデルの気道炎症と気道過敏性の差を検討できた。人間と同様にマウスにおいても、肥満マウスにおいて気道過敏性が亢進していることを確認できた。更に、肥満マウスの内臓脂肪中の単核球に、抗原特異的なTh2サイトカインの産生能力があることを示すことが出来た。病気療養のため平成24年度は実験がほとんど出来なかったが、平成24年度末からは再度実験を開始しており、肥満マウスを順次作成して、受身移入の実験を行いつつある。さらに、今年度は実験補助員の協力を得て研究を進めていく。現在の受け身移入の方法では惹起できる反応が弱い為、CD8陽性T細胞を受け身移入した場合に差を検出するのが困難であることが予測される。従って、過去に報告している2次暴露モデル(一度感作吸入暴露し作成した喘息モデルにおいて、気道炎症が改善してくる時期に細胞を受け身移入して抗原を吸入暴露する方法。Ohnishi H, et al. J Allergy Clin Immunol 2009.123:249-57.)を用いる予定である。卵白アルブミンを腹腔内感作した肥満マウスの内臓脂肪からCD8陽性T細胞を取り出し、本研究の焦点である内臓脂肪中のCD8T細胞に、抗原特異的Th2サイトカイン産生能力があるか否かを検討する。CD8T細胞の分離には、磁器を利用したMACS法により行う。さらに、分離したCD8陽性T細胞を喘息モデルマウスに受身移入して、喘息病態が増強されるか否かを検討する。平成24年度は、実験がほとんど出来なかったため、研究費の次年度への繰り越しが生じている。H25年度では、1感作した肥満マウスの内臓脂肪からCD8陽性
磁場分解能改善を目的としたSQUIDプローブ磁気顕微鏡ヘッドの開発

最近のナノファブリケーション技術の向上による、ミクロな磁気試料の計測技術の構築を目的として、SQUIDの超高感度性を十分に活用した走査型SQUID磁気顕微鏡において、その空間分解能を左右する磁場分解能の向上を図るSQUIDヘッドの開発を行った。磁場分解能向上のアプローチとして、SQUIDとプローブとの結合効率を向上させる新たなSQUIDヘッドの開発と、プローブ先端と磁気試料との距離を原子レベルまで近接して距離による磁場の減衰を抑制する走査手法を開発した。最近のナノファブリケーション技術の向上による、ミクロな磁気サンプルの計測技術の構築が急務となっており、SQUIDの超高感度性を十分に活用した走査型SQUID磁気顕微鏡が注目を集めている。SQUID磁気顕微鏡では、微小領域の評価の可否を決定する空間分解能が性能を左右している。室温・大気中にあるサンプルを高空間分解能をもって測定できる技術開発が重要な課題となっていた。これまでSQUIDプローブ磁気顕微鏡を開発し、その評価を精力的に進めてきた。SQUIDを真空冷却し、室温・大気下の高透磁率プローブをSQUIDに近接させて、SQUIDとプローブとの熱的遮蔽を実現した。高透磁率プローブがサンプルの磁場を局所的に集束し、SQUIDに伝達することで室温・大気サンプルの磁場分布の測定を実現できた。しかしながらこれまでのSQUID顕微鏡ヘッドでは真空槽の内筒と外筒とが、ヘッド上端で固定されて機構上の基準点となっており、液体窒素導入後にステンレス製の液体窒素容器が冷卸によって縮み、プローブとSQUIDとの距離が広がるために磁束の結合効率が大きく劣化していた。本研究ではSQUIDプローブ磁気顕微鏡のさらなる空間分解能向上のために、検出磁場分解能を向上させることを目的とした。機構上の基準点を冷却ロッドの先端部に置き、内筒の縮みによるSQUIDとプローブとの間隙の変化を防ぐために、冷却ロッドと外筒とを固定子によって強固に接続した。固定子をつけただけでは、内筒の縮みによって固定子もしくは内筒の破損に至るため、真空ベローズによってヘッド上部にて内筒と外筒とを接続した。内筒の縮み量だけ真空ベローズが伸びて機械的なストレスを吸収させた。固定子形状およびベローズの検討・評価を行ない、ヘッドの温度によらずにSQUIDとプローブとの間隙を一定に保つことが可能となり、かつSQUIDを動作温度に保って検出磁場分解能の劣化要因を排除することに成功した。SQUIDを真空冷却し、室温・大気下の高透磁率プローブをSQUIDに近接させて、プローブ先端の磁場を局所的に集束し、SQUIDに伝達することで室温・大気サンプルの磁場分布の測定を実現できた。SQUID顕微鏡ヘッドにおいて、液体窒素導入後にステンレス製の液体窒素容器が冷却によって縮み、プローブとSQUIDとの距離が広がるために磁束の結合効率が大きく劣化していた問題を解決するために、冷却ロッドと外筒とを固定子によって強固に接続したヘッドを開発し、ヘッドの温度によらずにSQUIDとプローブとの間隙を一定に保つことが可能となり、かつSQUIDを動作温度に保って検出磁場分解能の劣化要因を排除することに成功した。プローブ先端と磁気試料との距離を原子レベルまで近接させるために、プローブ先端と磁気試料との間に流れるトンネル電流をモニタしながら走査する新たなSQUID顕微鏡の走査機構の開発に成功した。
コミュニケーションによる概念の相互理解

概念は必ずしも同じとは限らない環境で作られており,記述の属性・属性値もいろいろな表現をしている可能性が高い。それゆえ相互理解のための共通の基盤を用意する。各属性値に対応する特徴の集まりを客観的な類似度に従って線形に並べたとき,要素が相互に入り混じっているならば、概念的に関係あるとみなす。そして,全体としては,構造間でより深い体系へと意志を伝達してゆき,ついで,逆向きにもとに体系まで概念展開・構造の修正を繰り返してゆく再帰的な相互理解方法を採用する。本計画では,色の概念形成をもとに相互理解のモデルを構築した。具体的には,Aさん,Bさんそれぞれに,あることがらについてカラーセルを選んでもらい,関係の近いもの同志をクラスタリングする。これを概念形成システムによって得られた結果(概念の示す範囲)と比較する。理解をより現実的なものとするためカラーディスプレイ上での表示を行い,概念を表す記述や名前について相互理解を行なった結果(概念の示す範囲)がどのように変化したかを表していった。この結果,他の人の持つ概念が自身の中ではどのように捉えられているか分かった。このように,相互理解の機能を明らかにすることにより,各々の構造は独自性を保ちながら二つの構造全体では緩く結合され一つになっており,結果的に,知的分業のもとで獲得された知識を一つの大きな知識として協同で利用できるようにする新しい方法論を提供できるとともに,コミュニケーションがうまく出来る程度に異なった構造によって互いの思考の豊かさを共有できるという人間の記憶のモデル化につながると考えている。
ハイブリッドシステムの制御問題に対する制約プログラミングを用いた方法論の開発

本研究では、論理式や条件文等の制約などを含む動的システムを系統的に表現できるハイブリッドシステムを対象とし、制約プログラミングによる新しい方法論につなげるための萌芽的研究を行った。新しい方法論を開発するまでには至らなかったが、その過程において切り替え型制御系の最適切り替え点の設計法や入力飽和システムに対するフィードフォワード型アンチワインドアップ制御系の設計法を与えるという研究成果をあげることができた。本研究は,連続時間系のダイナミックスとスイッチングなどの切り替えや論理式などとが混成した制御システムとしてのハイブリッドシステムを対象とし,制御系設計問題などの制御問題を,制約プログラミング問題として定式化した上でソルバーを用いて数値的に解くという手法を開拓し,ハイブリッドシステムに対する新しい方法論として展開していくための萌芽的な研究を行うことを目的しており,本年度は前年度に得られた結果をさらに進めることを中心に行った.具体的には,連続時間ダイナミックスに対して応答が早いがオーバーシュートが出てしまうフィードバックゲインと応答は遅いがオーバーシュートが出ないフィードバックゲインの二つを用意し,出力の位置によりそれらを切り替える制御系設計を行い,目標出力との重み付き誤差を最小化する問題が混合整数計画問題となることを示した.その問題を解くことにより,応答の初期では速いフィードバックゲイン,途中からオーバーシュートがないフィードバックゲインに切り替えることにより,応答が早くオーバーシュートが生じない応答を得ることができた.また,混合整数計画問題を解くための分子限定法を用いた独自ソルバーの開発もさらに進め,初期暫定解を選定と枝刈りの順序を見直すことにより,前年度に比べて大きな問題を解くことができるようになった.また,米国の連携研究者が開発した制約プログラミングのソルバーと市販されているソルバーとの比較評価を行うため,ベンチマーク問題を用いて線形計画問題などの様々な問題を解くことを共同で行った.そして,その結果を論文としてまとめ,連携研究者が国際会議において発表を行った.本年度は本研究に関して主に3つの成果を得ることができた.一つ目は,周波数点上でのロバスト安定条件に基づく最適化を用いたPID制御の設計であり,ノンパラメトリックモデルであるスペクトルモデルに基づくロバスト制御系の設計方法の提案である.これは通常の伝達関数を用いた数式モデルを基にした設計法では凸最適化問題とはならないものが,スペクトルモデルに基づき各周波数点での条件にすることにより凸最適化問題となることを示すものであり,計算力を前提とした新しい制御系設計論への発展の可能性を持つものである.二つ目は,出力の値によってフィードバックゲインを切り替える制御系の設計方法の提案である.ここで注目するのは,最適な切り替え点を求める問題であり,これをハイブリッドシステムの予測制御問題に帰着し,混合整数計画問題として数値最適化により解を得られることを示した.そして数値例を用いて,得れらた制御器により,応答が早くオーバーシュートがないという相対する二つの要求を満たすような応答を得ることを可能であることを示した.三つ目は,入力飽和系に対する新しいアンチワインドアップ型予測制御設計法の提案である.通常のアンチワインドアップ制御は入力が飽和にかかったときに始めて働くため応答が遅れてしまうが,予測制御の概念を入れることにより,フィードフォーワードでアンチワンドアップ入力を入れることにより応答が遅くならない制御系を設計ができるようになった.この制御問題もハイブリッドシステムの予測制御問題に帰着することにより,混合整数計画問題として数値的に解を求めることができる.本研究では、論理式や条件文等の制約などを含む動的システムを系統的に表現できるハイブリッドシステムを対象とし、制約プログラミングによる新しい方法論につなげるための萌芽的研究を行った。本研究は,連続時間系のダイナミックスとスイッチングなどの切り替えや論理式などとが混成した制御システムとしてのハイブリッドシステムを対象とし,制御系設計問題などの制御問題を,制約プログラミング問題として定式化した上でソルバーを用いて数値的に解くという手法を開拓し,ハイブリッドシステムに対する新しい方法論として展開していくための萌芽的な研究を行うことを目的しており,本年度は一般化をする前の準備として特定の問題を対象として,その可能性を探ることを行った.具体的には,連続時間ダイナミックスが出力の値によってフィードバックゲインが変化する出力依存切換え型フィードバック制御系というハイブリッドシステムの制御系設計において,切り替え点の最適化問題を対象とし,その問題が,混合論理ダイナミックシステムを介して,混合整数計画問題として定式化できることを示した.そして,その成果をまとめ,国内学会で口頭発表した.さらに,それと並行し,混合整数計画問題に対して分子限定法を用いて解くための独自ツールの開発を進めた.現在,連携研究者が開発した制約プログラミング問題のソルバーは,離散問題だけに対応し連続問題が含む問題を扱うことができない.そのため,この制約プログラミング問題のソルバーを連続問題を含むものに拡張することを考えていかなければならないが,独自ツールの開発を進めたことにより,今後考えていく拡張において,大変重要な知見を得ることとなった.

また,連携研究者が開発したソルバーの性能を評価するため,ベンチマーク問題を用いて市販されているソルバーとの比較評価を行い,国際会議などへの投稿準備のために,論文としてまとめた.本研究の最終的な目的は,連続ダイナミックスと論理式との混成からなるハイブリッドシステムに対する制御問題を,制約プログラミング問題として定式化しソルバーを用いて数値的に解くという手法を開拓し,ハイブリッドシステムに対する新しい方法論として展開していくための萌芽的な研究を行うことであり,具体的には,連続ダイナミックスと論理式等との混成モデルに対する制御問題を制約プログラミング問題として表現する標準形の考案と,その標準形の解を求めるソルバーの開発を制約プログラミングのソルバー開発を行うことである.この目的に照らし合わせ,本年度は前年度の結果をさらに発展させ,出力切り替え型フィードバック系の切り替え位置最適化という具体的なハイブリッドシステムに対する制御系設計問題を解く音ができ,前年度に比べてさらに一歩目的に踏み込むことができたものと考える.また,混合整数計画問題に対する分子限定法を用いた独自のソルバーの開発を進展させることもできたといえる.さらに,連携研究者が開発した制約プログラミングソルバーの評価を行いその成果を国際会議で発表したことも前年度の比べての進展である.これらの結果は,本研究の目標に前年度よりもさらに近づくものであり,本研究の2年目としてはおおむね順調に進展しているものと考える.本研究の最終的な目的は,連続ダイナミックスと論理式との混成からなるハイブリッドシステムに対する制御問題を,制約プログラミング問題として定式化しソルバーを用いて数値的に解くという手法を開拓し,ハイブリッドシステムに対する新しい方法論として展開していくための萌芽的な研究を行うことであり,具体的には,連続ダイナミックスと論理式等との混成モデルに対する制御問題を制約プログラミング問題として表現する標準形の考案と,その標準形の解を求めるソルバーの開発を制約プログラミングのソルバー開発を行うことである.この目的に照らし合わせ,本年度は標準形を求める前の試行として,特定の問題に対しての試行を行った.それが直接制約プログラミング問題に帰着できたわけではないが,混合整数計画問題の分子限定法による解法をとして帰着できる可能性を示すことができ,目的に対して第一歩は踏み出せたものと考える.同時に,独自ツールの開発あるいは連携研究者が開発したソルバーの評価を行うことにより,来年度以降につながる知見が得られたものと考える.本研究の特徴は,制御工学を専門とする研究代表者と,制約プログラミング問題のソルバーを開発した海外連携研究者が共同で行うことにあり,お互いが深く議論をして進めることが重要である.そのため,今後もこれまでと同様に,電子メールによる意見交換をすると同時に,互いに訪問することにより直接議論を行うなど,互いの成果についての情報交換を行いながら研究を進めていく.そして,これまでと同様に,研究代表者が理論的考察などを行うのを中心に行い,海外連携研究者は自ら開発したソルバーの拡張を行っていく.そして,研究目的を達成するために,共同してお互いの成果を合算していくという方策をとる.本研究の特徴は,制御工学を専門とする研究代表者と,制約プログラミング問題のソルバーを開発した海外連携研究者が共同で行うことにあり,お互いが深く議論をして進めることが重要である.
スピン・ゼーベック素子の開発研究

本研究は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する新しいエネルギー変換機構の解明、及びそれを活かした発電素子等の開発を目的として、磁性ガーネット薄膜のスピン・ゼーベック効果や磁性半導体薄膜の異常ネルンスト効果について研究を行った。これらの効果を低温から測定できる測定装置を開発した。磁性ガーネット薄膜は有機金属塗布熱分解(MOD)法により作製し、その組成とスピン・ゼーベック効果の関連を探った。磁性半導体薄膜は分子線エピタキシー(MBE)法により成長させ、異常ネルンスト効果の観測とその温度依存性の考察を行った。今年度(平成25年度)は、5Kの低温から室温まで温度可変が可能なスピン・ゼーベック効果測定装置が完成し、種々のYIG(Y置換鉄ガーネット)やパーマロイ薄膜試料のスピン・セーベック効果の測定を行った。YIGに関しては、バルク多結晶、単結晶薄膜、塗布型薄膜に関してスピン・セーベック効果の測定を行い、結晶性の良好な単結晶薄膜が最も効果が大きいことを明らかにした。また、これらの試料のスピン・セーベック効果の温度特性については、単結晶試料で報告されている50K付近の起電力の異常は観測されなかった。塗布型YIG薄膜に関しては、表面をドライ・エッチングした試料のスピン・ゼーベック効果は表面のアモルファス層が除去されると共に起電力が増大し、スピン・セーベック効果は深さ数10nm程度までの表面の状態が大きな影響を及ぼしていることが推察された。本研究のスピン・ゼーベック効果測定装置は異常ネルンスト効果の測定も可能であるので、Ge1-xMnxTe薄膜にのキュリー温度(150K)以下の低温度領域で異常ネルンスト効果の測定を行った。得られた結果として、キュリー温度以下で異常ネルンスト効果が観測され、その起電力が50K以下の低温で符号が反転した。この起電力の反転をモットーの関係式により説明を行い、サイド・ジャンプ散乱が支配的であるGe1-xMnxTeの伝導だけでは説明されず、低温度領域でのフォノン・ドラッグによるゼーベック効果の増大が関係していると考えられた。完成した測定装置は試料の面直方向、面内方向の両方向に温度勾配を付けられ、温度を変化させながら、スピン・ゼーベック効果の他に、ネルンスト効果、ホール効果、通常のゼーベック効果、電気伝導率を同時に測定が可能な装置である。このような装置は世界的に見ても多くは存在しない測定装置であり、種々の試料のスピン流や熱磁気輸送特性の物性解明が期待される。今年度(平成24年度)は、主に、スピン・ゼーベック効果の測定装置の作製とその検討、及びスピン・ゼーベック効果やスピン・ゼーベック効果により生じたスピン流を検出する逆スピン・ホール効果の基礎理解に研究を充てた。試料の作製については、これまで実績のあるCd1-xMnxTeエピタキシャル薄膜、及び磁性クラスレート化合物焼結体試料であるので、特に、過去の実績を超えるような特性は得られなかった。スピン・ゼーベック効果の基礎的研究として、キュリー温度が室温以上のYIG(Y置換鉄ガーネット)焼結体やパーマロイ薄膜のスピン・ゼーベック効果について調べた。YIG焼結体については、厚み方向の温度勾配による垂直型スピン・ゼーベック効果を、パーマロイ薄膜については、膜面方向の温度勾配による平行型スピン・ゼーベック効果を観測した。スピン・ゼーベック効果の測定台については、試料の温度勾配と垂直方向に温度むらが生じると、試料に発生するネルンスト効果による起電力や、Pt電極のゼーベック効果による起電力などが生じ、測定に誤差が生じるため、測定台で温度差を付けるヒーターの取り付け方法に注意が必要であることがわかった。また、測定台の周りの空気に流れがあると、測定にノイズが生じるため、測定台に覆いをするなど、空気の流れにも注意する必要があることがわかった。低温度での測定装置については、室温で問題となった試料台の温度勾配と垂直方向の温度むらや試料周りのガス(低温ではHeガス)の流れが、室温の測定以上に顕著に影響を及ぼすことが明らかになった。また、スピン・ゼーベック効果を検出する逆スピン・ホール効果が生じるPt電極について研究を行った。Pt電極の膜圧はスピン・ゼーベック効果により注入されたスピン流の拡散長程度の数10nmのとき、最も逆スピン・ホール電圧が高くなることがわかった。最終年度は、主に、磁性絶縁体の組成がスピン・ゼーベック効果に及ぼす影響を調べ、これまであまり研究が進んで来なかったスピン・ゼーベック効果に対する材料研究の指針を得ることを目的として研究を行った。具体的には、有機金属分解(MOD)法により、ガラス基板やガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)単結晶基板上に磁性絶縁体ガーネット薄膜を作製し、そのスピンゼーベック効果を測定した。

ガーネット薄膜として、Y3Fe5O12のYIGの他に、YをNdとBi、Feの一部をGaで置換したNd2BiFe5-xGaxO12を作製して、希土類、及び磁性イオンであるFe元素がスピン・ゼーベック効果に及ぼす影響を探った。いずれの薄膜においても、GGG(100)、(111)基板上にはエピタキシャル成長を行い、良好な結晶性をもつ薄膜が得られた。Nd2BiFe5-xGaxO12薄膜においては、磁性イオンであるFeを非磁性イオンであるGaで置換して行くと、磁化は減少し、スピン・ゼーベック効果による起電力も減少した。スピンゼーベック効果による起電力の減少は、主に、Pt電極との界面におけるスピン・ミキシング・コンダクタンスの減少によるものと推察された。以上により、スピン・ゼーベック効果に及ぼす材料の影響として、組成などが影響する材料自身の物性以外に、Pt電極との界面の影響も大きいことが示唆された。固体電子工学当初予定していたスピン・ゼーベック効果測定装置の完成が今年度末(平成25年度)にずれ込んだため、今年度(平成25年度)予定していた種々の試料のスピン・ゼーベック効果の測定、及びその他の物性との関連性の研究はまだ進んでいない。試料作製に関しては、GeTe系化合物磁性半導体薄膜や磁性クラスレート化合物焼結体は作製が可能な状態であるが、測定が進まないので、試料作製が本格化していない。しかし、YIGにおけるスピン・ゼーベック効果のPt電極との界面における知見や温度依存性の測定から、スピン・ゼーベック効果の解明の端緒が開かれたものと考えている。また、新しい発電原理として期待されている磁性金属や磁性半導体の異常ネルンスト効果について、Ge1-xMnxTe薄膜において今年度(平成25年度)観測しており、当研究がこの分野へ展開を始めている。次年度以降の新しい研究の芽が出てきたと考えている。今年度は、試料の作製については、MBE法によるCd1-xMnxTeエピタキシャル薄膜の成長、及び磁性クラスレート化合物焼結体試料の作製は、計画通り行うことができた。ただし、Cd1-xMnxTeエピタキシャル薄膜については異常ホール効果の測定によってキュリー温度の確認を行うことができたが、磁性クラスレート化合物焼結体試料については、今年度の液体Heの品不足により、低温での磁化測定を行うことができず、強磁性体が得られたかの確認はまだである。室温でのスピン・ゼーベック効果の測定装置は完成して、キュリー温度が室温以上の試料では、スピン・ゼーベック効果の基礎的研究を行うことができた。また、スピン・ゼーベック効果の以外の物性測定は、液体He不足によるSQUIDによる磁化測定以外、概ね計画通り行うことができた。本研究において、研究の遅れている最も大きな原因は、低温でのスピン・ゼーベック効果の測定装置が不調で、本研究で対象となっている試料のキュリー温度が室温以下であるため、計画している試料でのスピン・ゼーベック効果の研究を行うことができなかったことである。最終年度(平成26年度)は、完成した測定装置を用いて、YIGに関しては、Yを他の希土類元素と置換した塗布型薄膜について、YIGのスピン・ゼーベック効果に及ぼす希土類元素依存性などの磁性絶縁体の材料物性とスピン・ゼーベック効果の関係を探る。GeTe系などの化合物磁性半導体薄膜については、磁性イオンの種類も変化させた種々の組成の薄膜を作製し、化合物磁性半導体に関してもこれらの物性値とスピン・ゼーベック効果の関係を探る。
新規なポリケタイド合成酵素によるコンビナトリアル生合成を目指した基盤研究

全ゲノム配列が決定されている放線菌Streptomyces coelicolor A3(2)のゲノム上に、我々のグループが発見したS. griseusのIII型ポリケタイド合成酵素(RppA)と、アミノ酸配列の相同性を有する蛋白(GesA)が存在することが明らかとなった。GesAの機能解析からGesAはポリタイドの一種であるジャーミシジン及びその類縁体を生産する酵素であることが分かった。放線菌においてジャーミシジンを生産させる酵素の報告例は無く、GesAは新規なIII型ポリケタイド合成酵素である。S.griseus野生株のrppA遺伝子を破壊すると、破壊株は基底菌糸のメラニン様色素及び、胞子の緑色色素の生産能を失いアルビノ形態を示すことから、放線菌にはチロシナーゼによるDOPAメラニンの他に、RppAによる新しいメラニン生合成経路が存在することが分かっていた。S. griseusの染色体からgene walkingにより、rppAの上、下流併せて13.5-kbの遺伝子断片クローニングし、その塩基配列を決定した。rppAの直前には、様々な化合物の酸化に関わるP-450に相同な遺伝子(P-450mel遺伝子)が存在していた。次に、相同組み換えによりS. griseus染色体上のP-450mel遺伝子の大部分を欠損させた株を作製した。P-450mel遺伝子欠損株は緑色の胞子色素を生産せず、菌糸は野生株の茶色とは異なる薄い赤色を呈した。また、P-450mel遺伝子とeppAをtipAプロモーターの制御下に置き、多コピーベクターにより放線菌に導入したところ、深緑色の色素を大量に生産した。この色素をジアゾメタンで保護した後、各種クロマトグラフィーを用いて精製し構造を決定したところ、4,9-ジヒドロキシ-1,6,7,12-テトラメトキシペリレン-3,10-キノンであることが判明した。以上より、RppAとP-450melによるメラニンの生合成経路は、先ず、RppAが5分子のmalonyl-CoAからTHNの合成を触媒し、続いてP-450melがTHNを酸化的カップリングし1,4,6,7,9,12-ヘキサヒドロキシペリレン-3,10-キノンを生成するものであることが判明した。