hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ＩＶ族化合物半導体ナノ結晶コロイドの開発とデバイス応用実証

近年進歩の著しい環境親和型半導体材料であるシリコン量子ドットコロイドについて、単一ドット発光分光測定による基礎物性の解明を行い、その応用展開に向けて多方面から研究を行った。1点目は不純物同時ドープシリコン量子ドットの単一ドット分光測定に世界で初めて成功し、その発光エネルギーと線幅の分布を評価することにより、不純物ドープシリコン量子ドットの発光特性が従来のシリコン量子ドットのものと大きく異なっていることを見出した。特に、低温における発光線幅が従来の量子ドットに比べて非常に大きいことから、発光メカニズムが大きく異なることが考えられる。発光スペクトルから見積もったHuang-Rhys因子は約2から5であり、ダイヤモンド結晶中のNVセンターと同等の値であることから、観測された線幅の広い発光は局在準位にトラップされた励起子からの発光である可能性が高い。2点目はシリコン量子ドットコロイドの高機能化に向けたアプローチとして、有機分子による表面修飾プロセスの開発を行った。官能基をナノ結晶表面に付与することでバイオ材料との複合体を容易に作製できることから、表面修飾はシリコン量子ドットコロイドの医療分野への応用に向けたファーストステップとして非常に重要である。具体的にはヒドロシリル化反応によりアリルアミンとアクリル酸を修飾することで、水分散性シリコン量子ドットコロイドを作製した。また、表面修飾後の発光特性について詳細に研究し、表面修飾による発光の劣化がほとんど無いプロセス条件を見出した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。シリコンナノ結晶コロイドを真に実用的な材料とするためには、克服すべき課題が山積している。一つは、シリコンが間接遷移型半導体であることに起因して吸収断面積が小さいことである。また、量子サイズ効果によるエネルギーギャップの制御範囲が比較的狭い領域(1.1から2.0 eV)に限定されることも挙げられる。これらを解決するアプローチとして、シリコンゲルマニウムナノ結晶の開発に取り組んできた。しかしながら、昨年度まで作製していたシリコンゲルマニウムナノ結晶コロイドのサイズは3から5 nm、ゲルマニウム組成は0.5以下と非常に限定的であり、発光エネルギーの下限は1.0 eVであった。今年度はサイズと組成比をより広範囲に制御することで、バンドギャップを大きく変化させ、吸収断面積が可視領域で一桁以上増加したシリコンゲルマニウムナノ結晶コロイドの開発を目的として研究を実施した。実際には試料作製時の熱処理温度(700から1300 °C)やガラスマトリクス中の組成を変化させることで、サイズ(3から13 nm)、ゲルマニウム組成(0<x<0.8)を広範囲に制御したシリコンゲルマニウムナノ結晶の作製に成功した。発光エネルギーは0.9から1.3 eVの範囲で制御することができ、その吸収断面積は可視領域で一桁程度増加していることを確認した。また、作製したナノ結晶の表面構造をXPS測定やラマン散乱測定により解析した。シリコンゲルマニウム混晶ナノ結晶の表面にはホウ素とリンが同時ドープされた結晶性シェルが形成されており、ゲルマニウム組成が0.2まではシリコン結晶シェルが、0.2から0.8の範囲ではシリコンゲルマニウム結晶シェルが、0.8以上ではゲルマニウム結晶シェルができていることが明らかとなった。これらのシェル構造がもたらす負の表面電荷によって、溶液中で静電反発により分散していると考えられる。これまでシリコンナノ結晶コロイドのさらなる高性能化、高機能化および物性解明を主眼に研究を進めてきた。今年度は研究代表者が開発した極性溶媒分散性を有するシリコンゲルマニウム混晶ナノ結晶の作製方法を発展させ、ナノ結晶のサイズおよび組成をより広範囲に制御することに成功した。また、作製したシリコンゲルマニウム混晶ナノ結晶が同等サイズのシリコンナノ結晶に比べて、大きい光吸収断面積を有することを確認した。作製したナノ結晶の表面構造をXPS測定やラマン散乱測定により解析し、シリコンゲルマニウム混晶ナノ結晶の表面にはホウ素とリンが同時ドープされた結晶性シェルが形成されていることを明らかにした。また、ゲルマニウム組成が0.2まではシリコン結晶シェルが、0.2から0.8の範囲ではシリコンゲルマニウム結晶シェルが、0.8以上ではゲルマニウム結晶シェルができており、これらのシェル構造がもたらす負の表面電荷によって、溶液中で静電反発により分散していると考えられる。以上の結果は今年度の研究実施計画をおおむね満たすものであり、学会で口頭発表を行っている。

官能基をナノ結晶表面に付与することでバイオ材料との複合体を容易に作製できることから、表面修飾はシリコン量子ドットコロイドの医療分野への応用に向けたファーストステップとして非常に重要である。具体的にはヒドロシリル化反応によりアリルアミンとアクリル酸を修飾することで、水分散性シリコン量子ドットコロイドを作製した。また、表面修飾後の発光特性について詳細に研究し、表面修飾による発光の劣化がほとんど無いプロセス条件を見出した。1.シリコンナノ結晶の単一ドット分光測定を行う。一般に、ナノ結晶材料の物性評価は膨大な数のナノ結晶の集合体に対して行われるが、ナノ結晶にはサイズ、形状、表面状態、欠陥等に分布があるため、得られるデータはそれらを反映した不均一広がりで支配されている。そのため、ナノ結晶の物性を完全に理解するためには、単一のナノ結晶の物性を測定する必要がある。具体的には直径114 nmまで変化させたシリコンナノ結晶に対して、単一ナノ結晶分光測定を実施する。多数の単一ナノ結晶に対して発光スペクトルを測定し、発光エネルギーと発光線幅の分布を明らかにする。これにより、ホウ素とリンの高濃度ドーピングがナノ結晶のエネルギー準位構造に及ぼす影響を明らかにする。また、シリコンゲルマニウムナノ結晶についても同様の測定を行い、単一ナノ結晶の発光に関する知見を得る。2.シリコンナノ結晶のさらなる高性能化に向けて、シリコンナノ結晶への有機分子修飾に関する技術開発を行う。シリコンナノ結晶コロイドは環境親和性が高いことから、医療分野におけるバイオイメージングやバイオセンシングの発光材料としての応用が期待されている。これらの応用においてはたんぱく質等のバイオ材料との複合体を作製する必要があるが、これまで開発してきた全無機シリコンナノ結晶コロイドは表面に反応性の官能基を持たないという制約があった。そこで、今年度はアミノ基やカルボキシル基といった生体適合性の高い官能基を有する有機分子をシリコンナノ結晶に付与することで高機能化させることを試みる。作製した有機分子修飾シリコンナノ結晶の表面状態について、赤外吸収スペクトルと共有結合による選択吸着性について評価を行う。また、表面修飾後の発光特性についても評価する。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
船舶由来のPM組成への影響因子解明及び大気質計算用PMインベントリの精緻化

交通機関に起因する粒子状物質(PM)のうち、船舶燃焼由来のPMについては自動車等とは異なり、舶用機関から排出されるPM実測・分析手法が確立されておらず、実測データも少なかった。従って、少ない実測データに基づいて従来作成されてきた船舶PM排出インベントリデータは、大気質計算により精度良く環境影響評価を行うには十分とは言えないものであった。研究代表者は、平成28年度までに製作した可搬式PM捕集装置を用いて、平成29年度に舶用ラボ機関を対象に取得したPM計測データの分析等を行い、燃料種類(A重油、C重油)の相違が、船舶由来のPM組成に対して大きな影響を与える因子の一つであることを確認した。それらの結果に基づき、平成30年度は、まず燃料種類(A重油、C重油)ごとのPM組成プロファイル(EC、OC、Nitrate、Sulfate等の組成割合テーブル、一次評価用)を設定した。続いて、このPM組成プロファイルの設定値及び文献調査に基づき更新した排出係数を用いて、AIS(船舶位置情報)に基づく船舶PM排出インベントリデータ(対象年:2016年)を作成した。最後に、作成したデータを用いてCMAQによる大気質シミュレーション計算を実施し、従来の計算結果や陸上観測局におけるPM観測値との比較による感度解析を行った。さらに、船舶に起因するPMの環境寄与度を算出・評価した。船舶由来のPM組成に対する影響因子としては、今回データに反映した燃料種類の他にも機関ストローク数や機関負荷率等があり、引き続き船舶排出インベントリデータの精緻化を進める余地があることが判明したが、本研究の実施により、大気質シミュレーション計算による船舶起因のPMの環境影響を従来より高精度で評価するための先鞭を付けることができたと考える。交通機関に由来する粒子状物質(PM)のうち、船舶燃焼由来のPM(及び前駆物質)の多くは沖合海上で局所的に排出されることから、早くから陸上規制が強化されてきた自動車由来のPMとは異なり、船舶を対象とするPM環境規制値は設定されていない。しかし、PM2.5を取り巻く昨今の情勢に鑑みると、将来的に船舶由来のPMが問題視される可能性は極めて高いものと考えられる。研究代表者はこれまで、AIS(船舶位置情報)等を利用して、我が国周辺海域で実船舶から排出される大気汚染物質を忠実に反映する船舶排出インベントリデータの作成を進めてきた。PMは、発生源から直接排出される一次粒子と、大気中で複雑な光化学反応を経て粒子化する二次粒子から成るなど複雑なため、PMデータの精緻化には、船上計測を含むより詳細なPM成分分析結果が必要である。しかしながら、NOxやSOxの捕集装置と比べて、PM捕集装置は運搬・設置に伴う支障が大きく、PM捕集装置を船上に持ち運んでPM捕集を行った事例は極めて少ない。そこで平成28年度は、計測系内の損失評価及び複数システムでの相互保証を行った、当所所有の分流希釈システム(装置A)を基本として、PM捕集部分を分割・配置できるよう改良し、可搬式PM捕集装置から成る分流希釈システム(装置B)を製作した。さらに、当所のラボ実験用舶用ディーゼル機関において、装置Aと装置Bを使用したPM比較実験を実施し、PMの定量性が保証されていることを確認した。また、上記のPM組成分析結果を、大気質シミュレーション計算で使用する船舶排出インベントリデータの作成に適用するための検討を行った。さらに実船計測の準備として、複数船舶の機関室を対象に船上排気管における適切なPM計測箇所などについて調査検討した。平成28年度は、実船を用いた船上PM計測を実施するために不可欠な(可搬式PM捕集装置から成る)分流希釈システムの製作、及びPM定量性の保証が予定通り完了したことから、「おおむね順調に進展している」と判断した。交通機関に由来する粒子状物質(PM)のうち、船舶燃焼由来のPM(及び前駆物質)の多くは沖合海上で局所的に排出されることから、早くから陸上規制が強化されてきた自動車由来のPMとは異なり、船舶と対象とするPM環境規制値は設定されていないが、船舶由来のPMの大気汚染への寄与は近年相対的に高まっていると言われている。研究代表者はこれまで、AIS(船舶位置情報)や統計情報等を利用して、我が国周辺海域で実船舶から排出される大気汚染物質を忠実に反映する船舶排出インベントリデータの作成を進めてきた。PMは、発生源から直接排出される一次粒子と、大気中で複雑な光化学反応を経て粒子化する二次粒子から成る等、その取り扱いが複雑であり、PMデータの精緻化には、船上計測等を含む詳細なPM成分の分析結果が必要である。しかしながら、NOxやSOxの捕集装置と比べて、PM捕集装置は運搬・設置等に伴う支障が大きく、PM捕集装置を船上に持ち運んでPM捕集を行った事例は極めて少ない。平成29年度は、平成28年度までに製作した可搬式PM捕集装置(測定されるPMの定量性の保証を確認済み)を複数のラボディーゼル機関に設置してPM計測及び組成分析を行い、燃料種(A重油、C重油、硫黄分含有量等)、機関サイクル数(4 cycle/2 cycle)別に分析結果の蓄積を行った。また、船舶特有のPM組成プロファイル及びPM排出インベントリ作成の予備作業として、2016年度を対象としたAISに基づく船舶活動量(外航船・内航船)の集計及び解析を行った。

平成29年度は、定量性の良好なPM計測データの蓄積が進み、船舶特有のPM組成プロファイル及びPM排出インベントリ作成も進んでいる。しかしながら、平成29年度に実施したサイクル数の異なる機関を用いた計測結果が、当初の予想以上に異なる結果となった。そこで、当初目標(船舶由来のPM排出インベントリの精緻化)を達成すべく今後の研究の進め方について再考した結果、実船実験の実施に先立って、さらにパラメータを変化させた場合のPMラボ計測データを蓄積する必要があるとの考えに至った。これによって実船実験の実施と同程度(あるいは同程度以上)に船舶由来のPM排出インベントリの精緻化は進展する見込みであるが、当初の研究計画からすると「やや遅れている」と判断した。交通機関に起因する粒子状物質(PM)のうち、船舶燃焼由来のPMについては自動車等とは異なり、舶用機関から排出されるPM実測・分析手法が確立されておらず、実測データも少なかった。従って、少ない実測データに基づいて従来作成されてきた船舶PM排出インベントリデータは、大気質計算により精度良く環境影響評価を行うには十分とは言えないものであった。研究代表者は、平成28年度までに製作した可搬式PM捕集装置を用いて、平成29年度に舶用ラボ機関を対象に取得したPM計測データの分析等を行い、燃料種類(A重油、C重油)の相違が、船舶由来のPM組成に対して大きな影響を与える因子の一つであることを確認した。それらの結果に基づき、平成30年度は、まず燃料種類(A重油、C重油)ごとのPM組成プロファイル(EC、OC、Nitrate、Sulfate等の組成割合テーブル、一次評価用)を設定した。続いて、このPM組成プロファイルの設定値及び文献調査に基づき更新した排出係数を用いて、AIS(船舶位置情報)に基づく船舶PM排出インベントリデータ(対象年:2016年)を作成した。最後に、作成したデータを用いてCMAQによる大気質シミュレーション計算を実施し、従来の計算結果や陸上観測局におけるPM観測値との比較による感度解析を行った。さらに、船舶に起因するPMの環境寄与度を算出・評価した。船舶由来のPM組成に対する影響因子としては、今回データに反映した燃料種類の他にも機関ストローク数や機関負荷率等があり、引き続き船舶排出インベントリデータの精緻化を進める余地があることが判明したが、本研究の実施により、大気質シミュレーション計算による船舶起因のPMの環境影響を従来より高精度で評価するための先鞭を付けることができたと考える。平成2930年度は、作成した分流希釈システム(装置B)を用いて、運転条件(停泊時/航行時)、機関種類(主機/補機)をパラメータとしてPM組成物質等を実船計測する。次に、取得したPM組成物質計測データ、及び研究分担者により予め取得されたラボ計測データ等に基づき、EC、OC、Nitrate、Sulfate等のPM組成に対するパラメータ解析を行い、船舶燃焼由来のPM組成への主要影響因子の洗い出しを行う。PM組成物質の上記解析結果等に基づき、船舶燃焼由来のPM組成を航行時/停泊時別、主機/補機別、使用燃料油別に設定し、機関種類、運転条件、使用燃料等に応じて船舶のPM排出実態を表現したPM組成プロファイル(EC、OC、Nitrate、Sulfate等の組成割合一覧)を作成する。さらにこのプロファイル用いて作成した船舶排出インベントリデータを用いて大気質シミュレーション計算を実施し、従来の計算結果及び陸上観測局におけるPM観測値等と比較することにより感度解析を行い、本研究で作成したPM組成プロファイルの性能を検証する。
褐虫藻を起点としたサンゴ礁生態系の新しい食物網ルートの提案

本研究ではサンゴなどの共生藻として知られる褐虫藻の代謝産物を指標としてサンゴ礁生態系の食物網に新たなルートを提案しようとするものである。また,その過程で褐虫藻とサンゴ等宿主動物の間で行われる物質のやり取りについてもより詳細な知見の蓄積が期待される。本年度はまず、5株の褐虫藻培養株を大量に培養し、代謝産物の網羅的な取得を行った。培養株の内訳は、サンゴから単離したもの2株とシャコガイから単離したもの2株、加えて動物とは共生しない自由生活型のもの1株である。代謝産物の詳細な解析は現在も進行中であるが,大まかな解析結果としては,自由生活型褐虫藻は他の培養株と比べて特異な代謝産物プロファイルを示した。また,新規化合物を含む褐虫藻に特徴的な物質も複数得られた。予備的にサンゴ礁海域の動物プランクトンの持つ物質のプロファイルと比較したところ、褐虫藻由来が疑われる物質がいくつか検出されたため、来年度はさらに詳細な実験と解析を実施する。物質の生合成経路の確認に利用する褐虫藻のタンパク質解析を実施したが,褐虫藻ゲノムから推定されたタンパク質の一部しか検出できなかった。褐虫藻は動物から離し,単独で培養すると日周的に形態変化を行うので,より多くのタンパク質を検出するためには形態変化を考慮した試料の採取と解析が必要であった。サンゴ幼生を用いた遺伝子解析の結果,特定の褐虫藻が共生した時のみ発現量が変化する遺伝子を複数同定することに成功した。また、来年度以降に実施予定のサンゴ礁海域の動物プランクトンの代謝産物解析にむけ,動物プランクトンの採取場所と対象種を決定した。本年度実施予定であった褐虫藻培養株を用いた代謝産物解析は順調に進んでいるため。代謝産物の生合成経路の確認においては,本年度はゲノムから推定されたタンパク質の一部しか検出できていないが,今後試料を増やすことでより多くのタンパク質が検出可能だと考えている。引き続き褐虫藻培養株をLC-MSおよび1HNMR分析に供して代謝産物プロファイルの網羅的な取得を行い,褐虫藻特異的なマーカー物質の探索を実施する。これらが新規化合物である場合はNMRなどの機器分析を用いて構造決定を行う。また,昨年度の結果を踏まえて,より多くの褐虫藻培養株の解析を実施し,褐虫藻特異的マーカーの探索を行う。マーカー候補の物質や関連する褐虫藻に特徴的な物質の生合成経路を遺伝子・タンパク質解析の両面から確認するが,この時,両解析に使用する試料を同じロットから採取して,精度の向上を目指す。並行して野外のサンゴやシャコガイ等褐虫藻を共生させる動物の解析を実施する。これら宿主動物の組織及び体内の褐虫藻それぞれの代謝産物プロファイルの網羅的な取得と,それら物質の生合成経路の推定を行う。また,共生時にのみ生合成される物質が存在する可能性もあるため,人工的にサンゴ-褐虫藻共生体を作出し,共生状態・非共生状態の褐虫藻とサンゴの物質プロファイルも比較する。さらに本年度は実際にサンゴ礁海域の動物プランクトンに褐虫藻由来物質が蓄積しているかどうかを把握する実験にも着手する。サンゴ礁海域で採取した動物プランクトンに予備的に褐虫藻培養株を捕食させ,褐虫藻由来物質が動物プランクトンに蓄積するかどうか確認する。また,サンゴが多い場所や少ない場所など様々な場所から動物プランクトンを採取し,サイズや種類ごとに分画して,上記同様の物質解析を行い,動物プランクトンへの褐虫藻由来物質の移行を把握する。

代謝産物の生合成経路の確認においては,本年度はゲノムから推定されたタンパク質の一部しか検出できていないが,今後試料を増やすことでより多くのタンパク質が検出可能だと考えている。引き続き褐虫藻培養株をLC-MSおよび1HNMR分析に供して代謝産物プロファイルの網羅的な取得を行い,褐虫藻特異的なマーカー物質の探索を実施する。これらが新規化合物である場合はNMRなどの機器分析を用いて構造決定を行う。また,昨年度の結果を踏まえて,より多くの褐虫藻培養株の解析を実施し,褐虫藻特異的マーカーの探索を行う。マーカー候補の物質や関連する褐虫藻に特徴的な物質の生合成経路を遺伝子・タンパク質解析の両面から確認するが,この時,両解析に使用する試料を同じロットから採取して,精度の向上を目指す。並行して野外のサンゴやシャコガイ等褐虫藻を共生させる動物の解析を実施する。これら宿主動物の組織及び体内の褐虫藻それぞれの代謝産物プロファイルの網羅的な取得と,それら物質の生合成経路の推定を行う。また,共生時にのみ生合成される物質が存在する可能性もあるため,人工的にサンゴ-褐虫藻共生体を作出し,共生状態・非共生状態の褐虫藻とサンゴの物質プロファイルも比較する。さらに本年度は実際にサンゴ礁海域の動物プランクトンに褐虫藻由来物質が蓄積しているかどうかを把握する実験にも着手する。サンゴ礁海域で採取した動物プランクトンに予備的に褐虫藻培養株を捕食させ,褐虫藻由来物質が動物プランクトンに蓄積するかどうか確認する。また,サンゴが多い場所や少ない場所など様々な場所から動物プランクトンを採取し,サイズや種類ごとに分画して,上記同様の物質解析を行い,動物プランクトンへの褐虫藻由来物質の移行を把握する。
化合物半導体におけるアンダ-ソン局在と巨大非線形光学効果

励起子のボ-ア半径a_Bは電子と正孔間の距離の目安となる。微視的なサイズa_Bよりは大きいが、巨視的な光の波長λよりは小さい半径Rの半導体超微結晶に閉じ込められた最低エネルギ-準位の励起子は、遷移の双極子のメゾスコピックな増大を伴う。その結果として、第一にCuCl微結晶中の励起子は超反射によって速い緩和が期待でき、実験によってもその絶対値とR依存性が理論とよい一致をもって確認されている。メゾスコピックな双極子の第二の効果は、この系の最低準位の励起子付近の光に対してx^<(3)>(ω;-ω,ω,-ω)がメゾスコピックな増大を伴うことである。そこでは、一つの微結晶中にできた2つの励起子間に働く相互作用ω_<int>、超放射にある寿命2γと位相緩和γ′が励起子を調和振動子からずらせてx^<(3)>を有限にし、かつメゾスコピックな双極子モ-メントを有効に生かしている。以上は、励起子が微結晶中に局住した系であるが、2次元・3次元結晶における励起子の遷移の双極子モ-メントはそのコヒ-レント長によって決まる。そこでは、励起子または励起子ポラリトンの不純物散乱がx^<(3)>を有限にし、大きい双極子モ-メントを有効に生かしている。他方、励起子のコヒ-レント長は、不純物濃度が低い方が長い。従って最大のx^<(3)>を得るには、最適の不純物濃度が必要である。そこで、他の4光波混合に比べて、位相共役波の発生は、励起子ポラリトンのアンダ-ソン局在によって増大することが示せた。
SiC上の金属超格子層のエビタキシャル成長とその評価に関する研究

6H-SiCは(0001)C面と(0001)Si面が存在する。このそれぞれの清浄面をLEED-AES(低速電子線回折-オージェ電子分光)法を用いて解析した。(0001)C面は3×3構造を示し、(0001)Si面は√<3>×√<3> R30°構造を示した。次に、AES法でこれらの面を調べた結果であるが、C(KLL,272 eV)とSi(LVV,92 eV)のAES微分信号のp-p比(C/Si)をとり熱処理温度の関数として調べた。結果、1000°Cの熱処理でC/Si比は、最低値を示した。この時、LEED像は最も鮮明な像を示した。室温から900°Cの間でC/Si比が大きいのは、表面不純物の影響である。1100°Cより高温でC/Si比が増えるのは、SiがSiC面から抜け出し、グラファイトCが堆積し始めるからである。またXPS法を使って、C-1SとSi-2pのピークの面積比(C/Si)をC,Si両面で調べた。3個ずつの試料を平均して、C面からは、平均して、2.8であり、Si面からは、平均して1.1であった。この結果からは、XPS法の方が、AES法よりも両面の判別がしやすいことが分かった。次に、CuとSiCとの反応を見てみよう。どちらの面でもよいが、Cuを室温で120〓蒸着し、250°Cで20分間、熱処理をした。AES法で調べた結果、表面最上層でシリサイドが出来ていることが分かり、その下に、Cuだけの薄膜の層が続く。そしてまた、SiC界面近くでシリサイド反応があり、SiC基板に続く。この様に、熱処理によってSiC表面のSiが遊離しCu層を突き抜けて、Cu表面上に現れ、Cuシリサイドを表面最上層でつくることが分かった。Cuシリサイド反応は、熱処理温度が200-300°Cの限られた温度範囲で観察された。なおSiでは、Au,Cuともシリサイド反応を示すが、SiCでは、Cuだけが、シリサイド反応を示すことが分かった。SiCのC面とSi面でのGeとSiの成長をRHEEDで調べた。結果、C面からは、Si,Geとも島状成長を示した。しかし、Si面からは、Siが層状成長、Geは島状成長であることが分かった。
ニューラルネットワークを使用した触媒性能予測システムの開発

前年度において触媒性能予測システムのプロトタイプを開発する際に、ニューラルネットワークによって触媒性能実験の結果を学習させる際の問題点が明らかになった。本年度は、触媒性能予測システムの予測精度のいっそうの向上を目的として以下の研究を行った。・ニューラルネットワーク出力層における関数値正規化を定量的に決定・遺伝的アルゴリズムを使ってネットワーク構成を自律的に最適化以上の2項目をバックプロパゲーション(BP)・ネットワークとRBF(Radial Basis Function)ネットワークの両方について検討した。その結果、学習データの最大値とニューラルネットワークの出力層からの出力値の最大値の間には、後者を前者の2倍程度に設定する必要があることが明らかになった。従来この問題は重要視されていなかったが、本研究により、不適切な関係が設定されると、学習回数を増加してもネットワークの学習が不十分となることが実験的に確認された。また、この結論は、BPおよびRBFの両ニューラルネットワークによってほぼ同一であることも確認した。これまで、ニューラルネットワークの構成、特に中間層のユニット数の決定は、ネットワーク設計者の経験に基づいていたが、一般的な規則は存在しなかった。本研究では、遺伝的アルゴリズムを適用することによってこの問題の解決を検討した。遺伝的アルゴリズムの染色体の適用法や適合度関数の形式を実験的に検討することによって、本方法が中間層ユニット数の決定に有効であることを確認した。一般的には、入力層ユニット数、すなわち操作変数の数の3倍程度の中間層ユニット数から出発して最適と思われる中間層ユニット数を決定することになる。ただし、計算の性格上、計算時間が非常に長くなり、実際の適用に当たっては、決められた問題に対してあらかじめ遺伝的アルゴリズムによってその構成を決定しておき、実際の学習や予測は遺伝的アルゴリズムを組み込まないシステムで行うという方法も確立した。触媒性能予測にニューラルネットワークを応用する場合には、そのニューラルネットワークの学習能力と般化能力が重要になる。この点、工学分野を始めとして広く使用されているバック・プロパゲーション型ネットワークに比べて、ラジアル・ベイシス関数(RBF)型ニューラルネットワークの優越性が期待されている。本研究では、入力層、中間層、出力層の3層からなるRBFニューラルネットワークの開発と、その性能の検証を行った。RBF関数としては、一般的に用いられている正規分布関数を使用し、ユニット間の結合重みとしては、中間層と出力層の間のもののみを考慮することにした。ネットワーク内のRBF関数の数を決めるに当たっては、2種類の方法、すなわち、学習データのセット数と等しい個数とするものと、まとまりのあるものを1つのグループとして1個のRBF関数で表す方法とがある。前者は、その意味が直裁的であり、利用できる学習データの数が少ない場合に適しており、後者は、学習データの数が多い場合に計算量を減らすという利点がある。同じRBFネットワークであるが、それらのアルゴリズムにはかなりの差がある。本研究では、学習データである触媒性能の測定値の数に幅がある場合を想定して、両方のRBFネットワークのプログラムの開発を行った。ニューラルネットワーク・シミュレータの開発は、UNIXワークステーション上でC言語を使用して行った。このようにして開発したニューラルネットワークの性能を確認するために、比較的非線形性が高く、かつその非線形性の程度の制御が容易な初等関数である三角関数を学習させた。その結果から、比較的少ない学習データの場合でも、関数形を良好に再現し、本RBFニューラルネットワークが、触媒性能予測にも十分使用できることが確認できた。●ニューラルネットワーク出力層における関数値正規化を定量的に決定

●遺伝的アルゴリズムを使ってネットワーク構成を自律的に最適化以上の2項目をバックプロパゲーション(BP)・ネットワークとRBF(Radial Basis Function)ネットワークの両方について検討した。その結果、学習データの最大値とニューラルネットワークの出力層からの出力値の最大値の間には、後者を前者の2倍程度に設定する必要があることが明らかになった。従来この問題は重要視されていなかったが、本研究により、不適切な関係が設定されると、学習回数を増加してもネットワークの学習が不十分となることが実験的に確認された。また、この結論は、BPおよびRBFの両ニューラルネットワークによってほぼ同一であることも確認した。これまで、ニューラルネットワークの構成、特に中間層のユニット数の決定は、ネットワーク設計者の経験に基づいていたが、一般的な規則は存在しなかった。本研究では、遺伝的アルゴリズムを適用することによってこの問題の解決を検討した。遺伝的アルゴリズムの染色体の適用法や適合度関数の形式を実験的に検討することによって、本方法が中間層ユニット数の決定に有効であることを確認した。一般的には、入力層ユニット数、すなわち操作変数の数の3倍程度の中間層ユニット数から出発して最適と思われる中間層ユニット数を決定することになる。ただし、計算の性格上、計算時間が非常に長くなり、実際の適用に当たっては、決められた問題に対してあらかじめ遺伝的アルゴリズムによってその構成を決定しておき、実際の学習や予測は遺伝的アルゴリズムを組み込まないシステムで行うという方法も確立した。
農地景観の変化と気候変動が水田害虫の分布拡大に与える影響：長期データによる検証

東北6県の病害虫防除所等から提供いただいた斑点米カメムシ2種(アカスジカスミカメとアカヒゲホソミドリカスミカメ)の11年分の発生予察データの電子地図化が概ね終了した。また、これら2種の害虫に影響を与えると考えられる環境要因や気象条件の情報を整理することができた。上記のデータを使って斑点米カメムシの分布拡大過程を再現した統計モデルやシミュレーションモデルを作成した。その結果、アカスジカスミカメの急速な分布拡大には温暖化が関与していることが明らかとなり、またアカスジカスミカメは道路や耕作放棄地を通って分布を拡大していることが示唆された。これらの成果を複数の国際誌に公表することができた。上記カメムシ2種が生活史形質に地理的変異を持っているかを確かめるため、東北地方の同緯度地域に位置する離れた2つの地域個体群(岩手県と秋田県)の間で生活史形質を比較した。各地域個体群から2種を採集し、複数の温度区で飼育することで温度と成長速度の関係に個体群間で差があるかを検証している。本研究の調査対象地である東北地方の病害虫研究者等へ研究の進捗状況を報告するため、東北農業試験研究推進会議生産環境推進部会(2018年8月)において本研究のメンバー全員で研究成果を発表した。また病害虫研究会第63回日本応用動物昆虫学会(2019年3月)において本研究の成果を発表する小集会を企画し、本研究のメンバー全員でそれぞれ成果を発表した。本研究の大きな目的であった斑点米カメムシの急速な分布拡大が温暖化や土地利用の変化から受ける影響を一部明らかにし、さらにそれらの成果について学会小集会の企画・発表や国際誌2報へ掲載するなどしたことから、本研究は順調に進展しているといえる。計画通り土地利用や気象データ等の環境要因からカメムシ個体群の密度等の予測を行うための状態空間モデルの作成を進めると共に、新たに計画に加えたカメムシ2種の飼育実験を終了させ、各所へ研究成果を発表する。状態空間モデルに関しては、可能な限り移動分散を考慮しながら、気象データと土地利用のカメムシ密度への相対的重要性を検討する。予測精度が高いモデルが得られた場合、将来の気候変化や土地利用変化の予測あるいはシナリオを入力してカメムシの分布変化予測をめざす。一方、モデル構築に際して、取得したデータの情報量が十分ではない場合、シミュレーション等によってどの程度の追加データがあればよいかを検討する。<斑点米カメムシ類の発生予察データの電子地図化>東北6県の病害虫防除所等から斑点米カメムシ類の主要2種であるアカスジカスミカメとアカヒゲホソミドリカスミカメの害虫発生予察データが提供され、各種の個体数情報および空間情報を概ね電子地図化した。<気温データ、土地利用情報等の整備>東北6県を対象に、総務省が定めている方形区画である標準地域メッシュ単位の電子地図を整備した。地図の内訳については複数の気象情報に加え、水田、放棄地、牧草地、河川、道路等のカメムシが生息地として機能しうるものおよび分布拡大のコリドーになりうるものである。<斑点米カメムシ類の分布拡大シミュレーションモデルの開発>東北における斑点米カメムシの分布拡大過程を再現し、その制限要因を明らかにするための分布拡大シミュレーションモデルを開発した。具体的には、河川流水に従って分布を拡大する種の予測用に開発された既存モデルに、上述のカメムシの生息地データを適用できるようにした。また、土地利用タイプによる分布拡大速度の違いを考慮するための情報として、斑点米カメムシ類の繁殖に適した外来牧草と、その主な生育地となり得る土地利用等について既存の文献等から整理した。<各地域における斑点米カメムシ類の有効積算温度等の推定>予備解析の結果、各地域における斑点米カメムシ類の発生パターンが局所的な気象条件や土地利用の時空間変化だけでは説明できない可能性があることがわかった。そのため、東北全域で斑点米カメムシの有効積算温度等を推定するためのコンピュータープログラムを作成した。さらに飼育実験により各地域の斑点米カメムシの有効積算温度等を調べることを新たに研究項目に加え、その実験を立ち上げた。2年間かけて行う予定であった斑点米カメムシ類データと基盤情報の整備の大部分が本年度で終わり、さらにシミュレーションモデル等を使って東北における斑点米カメムシ類の分布拡大原因の検証を始めることができたことから、本研究は順調に進展しているといえるだろう。一方で、予備解析により研究当初では計画していなかった斑点米カメムシ類の飼育実験が必要になった。

各地域個体群から2種を採集し、複数の温度区で飼育することで温度と成長速度の関係に個体群間で差があるかを検証している。本研究の調査対象地である東北地方の病害虫研究者等へ研究の進捗状況を報告するため、東北農業試験研究推進会議生産環境推進部会(2018年8月)において本研究のメンバー全員で研究成果を発表した。また病害虫研究会第63回日本応用動物昆虫学会(2019年3月)において本研究の成果を発表する小集会を企画し、本研究のメンバー全員でそれぞれ成果を発表した。本研究の大きな目的であった斑点米カメムシの急速な分布拡大が温暖化や土地利用の変化から受ける影響を一部明らかにし、さらにそれらの成果について学会小集会の企画・発表や国際誌2報へ掲載するなどしたことから、本研究は順調に進展しているといえる。これまでの計画を進めることに加え、新たに必要になった飼育実験にも力を入れる。これらの結果を統合し、東北における斑点米カメムシ類の分布拡大を説明するためのモデルを構築する。計画通り土地利用や気象データ等の環境要因からカメムシ個体群の密度等の予測を行うための状態空間モデルの作成を進めると共に、新たに計画に加えたカメムシ2種の飼育実験を終了させ、各所へ研究成果を発表する。状態空間モデルに関しては、可能な限り移動分散を考慮しながら、気象データと土地利用のカメムシ密度への相対的重要性を検討する。予測精度が高いモデルが得られた場合、将来の気候変化や土地利用変化の予測あるいはシナリオを入力してカメムシの分布変化予測をめざす。一方、モデル構築に際して、取得したデータの情報量が十分ではない場合、シミュレーション等によってどの程度の追加データがあればよいかを検討する。2018年8月東北農業試験研究推進会議生産環境推進部会病害虫研究会(岩手県北上市)における虫害分科会「東北地域におけるアカスジカスミカメの発生地域拡大要因:気象と土地利用データからの検証」にて本研究の成果を研究代表者及び研究分担者で発表した。
極値理論における予測と推定の問題

極値理論の応用として,ステレオロジーの分野で典型的なWicksell小球問題について研究した.ランダムな大きさの球が空間にランダムに配置されていて,観測可能なのは検査平面上の球の切断円とする.このとき与えられた体積中の最大球の大きさを予測したい.空間の球の大きさの分布の平面上の切断円の大きさの分布への変換をWicksell変換,検査平面上のデータの従う分布をWicksell変換分布と呼ぶ.次のような研究成果を得た.1.空間の球の大きさが3母数未知の一般ガンマ分布に従うモデルの下で,与えられた体積中に含まれる最大球の大きさを予測する問題を考えた.このとき,一般ガンマ分布のWicksell変換分布のパラメータを推定する必要がある.この推定が難しいことを,Fisher情報行列を数値計算することにより示した.また.推定を行うとき最尤法は上手く行かなかった.そこで,モーメント推定量の漸近分散を計算し,実用的な推定方法を提案した.2.空間の球の直径の従う分布の右裾が指数分布で近似できる場合に,与えられた体積中の球のreturn level(それ以上の球は平均1個となる値)を予測する問題を考えた.平面上の切断円の上位r個の観測データに基づく予測法を構成し,その精度をシミュレーション実験で調べた.rの決定方法としてはロバスト回帰に基づく方法が良いことがわかった.しかし,return levelは非常に小さな確率の上側確率点に相当し,予測の精度はあまり良くないことがわかった.また,分布の裾の新しい統計解析について.神戸湾の潮位データに適用しそれらが裾の重たいPareto分布で近似できることを明らかにした.極値理論の応用として,ステレオロジーの分野で典型的なWicksell小球問題について研究した.ランダムな大きさの球が空間にランダムに配置されていて,観測可能なのは検査平面上の球の切断円とする.このとき与えられた体積中の最大球の大きさを予測したい.空間の球の大きさの分布の平面上の切断円の大きさの分布への変換をWicksell変換,検査平面上のデータの従う分布をWicksell変換分布と呼ぶ.次のような研究成果を得た.1.空間の球の大きさが3母数未知の一般ガンマ分布に従うモデルの下で,与えられた体積中に含まれる最大球の大きさを予測する問題を考えた.このとき,一般ガンマ分布のWicksell変換分布のパラメータを推定する必要がある.この推定が難しいことを,Fisher情報行列を数値計算することにより示した.また.推定を行うとき最尤法は上手く行かなかった.そこで,モーメント推定量の漸近分散を計算し,実用的な推定方法を提案した.2.空間の球の直径の従う分布の右裾が指数分布で近似できる場合に,与えられた体積中の球のreturn level(それ以上の球は平均1個となる値)を予測する問題を考えた.平面上の切断円の上位r個の観測データに基づく予測法を構成し,その精度をシミュレーション実験で調べた.rの決定方法としてはロバスト回帰に基づく方法が良いことがわかった.しかし,return levelは非常に小さな確率の上側確率点に相当し,予測の精度はあまり良くないことがわかった.また,分布の裾の新しい統計解析について.神戸湾の潮位データに適用しそれらが裾の重たいPareto分布で近似できることを明らかにした.Wicksell小球問題で与えられた体積中の最大球の大きさを予測する問題に関して,高橋と渋谷は共同で次の研究を行った.空間の球の大きさが一般ガンマ分布に従うと仮定する.先ず,2つの形状パラメータが既知の場合について研究した.このとき,検査平面上の上位r個の切断円面積と円の個数をデータとして用いる予測方法が満足できる精度を持つことと個数rの実用的な決め方をシュミレーション実験で示した.次に,2つの形状パラメータが未知の場合について研究した.この場合は検査平面上のすべての円面積がデータとして必要である.最尤法とモーメント法に基づく予測方法を考えた.最尤法による推定は不安定であるがモーメント法はそうではなかった.しかし,これらの方法で満足のいく予測精度を得るためには大量のデータを必要とし実用的でない.そこで,分布の特徴から1つの形状パラメータを既知とし,モーメント法に基づく予測方法について調べた.この方法は頑健で実用的であることがシミュレーション実験でわかった.また,極値データ解析について,高橋と渋谷はHill推定量とこれを拡張した推定量の性質について調べている.Hillやそれを拡張した推定量の構成に関してはデータの上位r個を使う.ここでも最適な個数rの決定が重要な問題になる.最適な個数rの決定について理論とシミュレーションによる研究を続けている.それから高橋は多変量の極値データ解析の方法を調べその応用について研究している.極値理論の応用として,ステレオロジーで典型的なWicksell小球問題について研究した.すなわち,ランダムな大きさの球が空間にランダムに配置され,観測可能なのは検査平面上の球の切断円データとする.このとき,与えられた体積中の最大球の大きさの予測について研究した.また,大阪湾の潮位データに最近の極値データ解析法を適用した.具体的に今年度は昨年度に続き,次の研究を行った.1.空間の球の直径の従う分布の右裾が指数分布で近似できる場合に,与えられた体積中の球のreturn level(それ以上の球は平均1個となる値)を予測する問題を考えた.平面上の切断円の上位r個の観測データに基づく予測法を構成し,その精度をシミュレーション実験で調べた.

用いる上位r個のデータの決定方法として,経験分布関数を用いる方法とロバスト回帰に基づく方法を調べ後者の方法が良いことを明らかにした.しかしreturn levelは非常に小さな確率の上側確率点に相当し,予測の精度はそれほど良くないことがわかった.2.大阪湾の潮位データに極値理論で最近提案されているHill推定量に基づく解析法を適用した.潮位データを整理し種々のグラフを書きデータの診断を行った.そして,潮位データは分布の裾の重たいPareto分布で近似できることを示した.しかし,台風等の影響の高潮を完全に説明出来るモデルは難しく,この様な異常値を取り扱うモデル作りが今後の課題として残った.最近提案されている極値データ解析法について計算機実験でその精度を調べている.
シグナルモジュレーター蛋白質(14‐3‐3)の機能ドメインと標的分子の同定

14-3-3タンパク質(以下14-3-3)は、細胞のシグナル伝達系、とりわけ蛋白質キナーゼを介した情報伝達経路に深くかかわっていることが知られている。しかしながら、14-3-3の一次構造の内、どの領域(どのドメイン)がその機能に重要であるのか、ほとんど知られていない。また14-3-3のシグナル伝達系での役割は独立したものなのか、或いは細胞内では互いにクロストークし合っているのか、さらには今日知られていない機能が存在するのか等、依然多くの点が明らかにされていない。そこで本研究では(1)一部のアミノ酸配列を欠損或いは変異させた組換え型14-3-3を用いて、14-3-3の構造の内、どの領域がその機能に重要であるのかを決定する、(2)14-3-3の脳神経系での標的蛋白質を検出し、それらを機能別に整理することを目的に研究を行った。(1)の研究では、大腸菌で発現した14-3-3が天然の14-3-3と同様のトリプトファン水酸化酵素(以下TPH)活性化能を有することを示した後、この組換え型蛋白質を用いて14-3-3分子内の機能領域(boxIと命名;約40アミノ酸から成る)を同定、boxIがTPHに対する結合部位であることを報告した。また、この領域は、Raf-1などとも結合する14-3-3に本質的な機能単位であることを推定した(結果の一部はJ.Biol.Chem.に報告)。また、(2)の実験では、組換え型14-3-3を不溶化したゲルを調製し、これを用いたアフィニティークロマトグラフィーにより、ラット脳抽出液中の14-3-3結合蛋白質の分離を試みた。その結果、ラット脳抽出液中の蛋白質で14-3-3ゲルに結合してくる脳蛋白質が、TPH以外に少なくとも30種類存在していることが分かった。現在、反応スケールを大きくすることで、これらの蛋白質を実際に分離し、既知蛋白質か、未知蛋白質かを解析している。今後は、これらの標的蛋白質を総合的に解析し、14-3-3のシグナル伝達系での役割を整理していきたいと考えている。
鎌倉末期から室町初期における日本庭園の利用に関する再考－京の上流階級を中心に

本研究の目的は、上流階級であるこの三者(公家・武家・禅僧)らが、京の日本庭園(天龍寺庭園、西芳寺庭園、金閣寺庭園等々)における社交場において、芸術文化を形成していった背景とその内容(三者の立場による文化的相関性とその文化的利用)について検証ならびに再考を行う。また、今まで割合と個別に捉えられてきた近接分野(庭園史と文学史等)との関連性を図ることで、日本中世文化研究の発展をさらに促すものとする。かつ、中世日本庭園の一端を解明することで、近代における日本庭園の文化性ならびに庭園利用の在り方について再考することにも繋がり、世界における日本文化の発信や理解にも役立つものと考える。
寄生虫感染防御におけるナチュラルヘルパー細胞の機能解明

本研究課題は平成22年4月からスタートさせたが、基盤研究(S)「新たに発見した"ナチュラルヘルパー細胞"の機能解明」(H22-H26)が採択されたことにより、重複制限規定に伴い平成22年5月末に終了することになった。我々がナチュラルヘルパー(NH)細胞を報告した論文がオンラインで刊行されたのは昨年の12月であるが、本年3月に類似のTh-2サイトカイン産生細胞を報告した論文が2報刊行された。MMP^<type2>とNuocyteと名付けて報告されたこれらの細胞とNH細胞の異同に関して検討し、以下の結果を得た。MMP^<type2>とNuocyteはマウスにIL-25を投与することによって誘導されるが、NH細胞はIL-25単独では反応しない。MMP^<type2>は肥満細胞、好塩基球、マクロファージなどの血球系の細胞への分化能を有する点から、NH細胞とは明らかに異なると結論された。一方、Nuocyteとの比較からは以下の結果が得られた。NH細胞に高発現するCD25をNuocyteは発現しない。NuocyteはMHCクラスIIを発現するが,NH細胞は発現しない。NuocyteはIL-25単独に反応するがNH細胞はIL-25単独では反応しない。NH細胞が活性化されてNuocyteとして報告された細胞になる可能性は現時点で否定できないが、これらの細胞はお互いに類似はするが異なる細胞と考えられた。今後、これらの細胞が生体内でどのような役割分担を持つのか、などが注目しつつ解析を進めてゆく予定である。
海上コンテナ輸送に関する実験の計測情報可視化システムの開発

神戸大学海事科学部では海上輸送システム学実験にてコンテナの汗濡れ現象に関する実験を行っている。実験では温度環境模擬室に設置したコンテナ模型内外の、温度、湿度、結露量を計測し汗濡れ現象がどのような経緯で発生するかを調査するが、これまでは実験中の計測情報をプロッタで小さな紙に出力していたため、学生は経過を把握し辛かった。そこで本研究では学生が実験の経過を理解しやすくするための計測情報可視化システムを開発する。1.コンテナ模型の内外に温度センサ(6箇所)、湿度センサ(1箇所)、結露量計測用ひずみゲージ(2箇所)を設置し、各値を電圧に変換して出力する。2.各センサの出力電圧をPICマイコンでA/D変換し、計測情報をPCに送信する。3. PCで受信した計測情報をExcel及びVBAを用いて自動的にグラフ化し、プロジェクタで大きく表示する。マイコンは最大10チャンネルのA/D変換が可能なPIC18F2455を用いた。PIC-PC間はRS232Cによるシリアル通信で計測情報を送受信するが、その情報をExcelに取り込むためにフリーのVBAモジュール「Easy Comm」を利用した。これにより非常に容易にExcelに計測情報を取り込むことができた。PICマイコンとExcelを使用することで、多数の計測情報を理解しやすい形で可視化できる装置を開発することができた。学生の助けとなると思われる。平成20年度の海上輸送システム学実験より製作した装置を実際に使用していく。
脳の老化、痴呆におけるドリコール代謝異常の検討

昨年度は、培養組織中の微量のドリコール定量法の確立を主眼として研究を進めたが、今年度はその微量測定法を応用して次の2点について検討を加えた。(1)培養神経系細胞(C-6グリア)に於るドリコール代謝の調節ラットグリオーマから分離継題培養されているC-6グリア細胞に糖蛋白合成に影響を与える可能性のある薬物を加え、糖蛋白合成の際に糖のキャリアとして働くことの分かっているドリコールの遊離型の細胞内濃度の変化をみた。加えた薬物は、レチノール酸、ツニカマイシン、ロイペプチンである。以上の薬物を細胞の培養液中にそれぞれ[10^<-5>M]、[0.1μg/ml]、[20μg/ml]の濃度になるように加え24時間培養した後、細胞を回収、ドリコール濃度を測定してコントロールと比較した。その結果ツニカマイシン、レチノール酸はC-6グリア細胞中のドリコール濃度に影響を与えないが、ロイペプチンはC-6グリア細胞中のドリコール濃度を減少させていることが明らかになった。さらにヒトの神経芽細胞腫(NB-1)についても同様の実験を行い、C-6グリア細胞におけると同様、ロイペプチン細胞内ドリコール濃度を低下させる作用があることが確認された。(2)正常人血清中(遊離型)ドリコール濃度の加令変化脳変性疾患や老人に伴うヒト組織中へのドリコール蓄積のメカニズムは未だに不明である。最近血清中にドリコールと特異的に結びつくリポ蛋白が存在することが明らかになった。昨年度開発したドリコールの微量測定法を用いて、正常人血清中の遊離型ドリコール濃度を測定した。その結果、弱い相関ではあるが加令とともに血清中ドリコールが減少することが明らかになった。老化やアルツハイマー病,セロイドリホフンノーシス患者の脳に,ドリコールが蓄積していることが明らかにされ,老化や痴呆と神経系におけるドリコール代謝との関連が推定されている.我々は,培養神経細胞中の微量のドリコール測定法を確立し,種々の物質の細胞内ドリコール濃度に対する影響を検索した.(方法)ラット神経膠腫由来のC-6グリア細胞と,ヒト神経芽細胞腫由来のNB-1細胞の培養液中に,糖蛋白合成阻害剤であるツニカマイシン,種々の細胞の分化促進効果を持つことが知られているレチノール酸,そして動物実験(マウス脳室内注入)で脳内ドリコール蓄積促進作用が認められているロイペプチンを一定濃度になるように加え,その条件下で72時間から96時間培養し,とり入れた細胞中のドリコール濃度を,蛍光ラベル法によるHPLCで測定し,コントロール細胞と比較した.(結果)培養神経系細胞中のドリコール濃度は, 2080ng/mg proteinとラットやヒトの脳のドリコール濃度の10分の1以下と低値を示した.ツニカマイシン,レチノール酸添加培養液で育てた細胞中のドリコール濃度はコントロールと変わらず,細胞内のドリコールプールサイズは,糖蛋白合成の速度や細胞分化によってはあまり影響を受けないことが示唆された.ロイペプチン添加培養液で生育させた細胞中のドリコール濃度はコントロールに比べ有意の低下を示し,ロイペプチンにドリコールプールサイズを低下させる作用のあることが示唆された.ドリコールはライソゾーム中に蓄積することが明らかになっており,ライソゾーム内の蛋白分解酵素(チオールプロテアーゼ)の阻害剤であるロイペプチンに,ドリコールのライソゾームへの蓄積を抑制する効果があることは,ドリコール蓄積の機構にこれらの酵素が関与することを示しているものと思われた.昨年度は、培養組織中の微量のドリコール定量法の確立を主眼として研究を進めたが、今年度はその微量測定法を応用して次の2点について検討を加えた。
高圧・高温下における金属酸化物の物性の理論的研究

1.密度汎関数理論に基ずいた結晶の全エネルギー及び圧力の計算においてこれまで用いられている方法は収束が悪い。私達は理論的改良を行い、結晶中の電子の有効ポテンシャル及び全エネルギーを効率よく求める方法を導出した。更に結晶の対称性の比較的よいものに関しては、マフィンティン近似で求めた電子密度が十分良い近似であることを示した。この方法の有効性を示すため希ガス固体の高圧下における結晶構造の安定性(fcc,hcp及びbcc)について調べた。理論的方法及び計算結果に関して現在まとめている段階である。2.CaOのB1及びB2相に於ける全エネルギー,状態方程式及び電子状態を種々のモル体積について計算をした。格子振動をデバイ近似をし、デバイ温度及びグリュナイゼン常数を求め、それらを用いて状態方程式の温度依存性及びウゴニオの計算を行なった。B1相に於ける結果は実験と非常によい一致を示す。B2相に於ても実験と一致をするが、格子振動を更に正確に計算する必要がある。金属転移はB2相で起り転移圧480GPa(T=OK)はマントル・核境界値135GPaの3.6倍となった。P=135GPaに於けるエネルギー・バンド・ギャップは2.1eVとなり、温度を考慮しても地球内部条件下では絶縁体である。以上の計算は経験パラメータを何ら用いない、第一原理からの理論で、地球深部の定量的研究に十分適用可能だと考える。現在速報を投稿中であり、また全体をまとめて投稿する予定である。3.Si【O_2】の高圧相(スティショバイト相)の非金属-金属転移は地球物理的に重要であるが、静的圧縮と動的圧縮の実験結果は相反する。私達は電子状態の計算を行なって少なくとも360GPaまでは絶縁体であり、動的圧縮の結果を支持する結果を得た。現在状態方程式の詳しい計算を行なっている。4.最後にSi【O_2】及び【Al_2】【O_2】の計算は数値計算上のつまづきもあって完成していないが、準備的段階を終了しつつあり、来年度には結果が報告できるものと確信している。