hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エビ類の造雄腺ホルモンの構造と機能解析

水産増養殖対象種として重要な甲殻類十脚目であるエビ・カニ類では、雌雄によって市場価値が異なるため、その性制御に関する研究は増養殖技術の確立と育種にとって極めて重要である。甲殻類では造雄腺と呼ばれる雄のみに存在する独立した組織から分泌されるペプチドホルモン、すなわち造雄腺ホルモンによって雄へと分化している。これまで甲殻類等脚目のオカダンゴムシの造雄腺ホルモンが二本鎖糖ペプチドであることが知られている。これまでダンゴムシの造雄腺ホルモン配列の相同性からエビ・カニ類の造雄腺ホルモンを探索してきたが発見できなかった。そこで新たに生物検定法を確立し、クルマエビの造雄腺ホルモンの単離と構造解析を行い、ホルモンの機能解析を目的に実験を行った。新たに生物検定法を確立するため、脊椎動物の生殖細胞で性特異的に発現しているnanos, piwi遺伝子、両性で発現しているvasa遺伝子のクルマエビホモログの単離を行い、これらの遺伝子発現を指標に生物検定法として利用できるか調べた。縮重プライマーを用いたRT-PCRの結果、卵巣cDNAから遺伝子の一部を増幅することができ、RACE-PCR法を用いて全長を解析した。それぞれの配列は進化的に高く保存されコンセンサス配列を含んでいた。しかし、RT-PCR法で組織特異的発現を調べたところvasa遺伝子だけでなく、nanos, piwi両遺伝子も卵巣及び精巣で発現していることが確認された。それぞれをGST融合組み換えタンパク質を発現させ、リボホモポリマー樹脂への結合能を調べたところvasaはポリA-RNAとnanos及びpiwiはポリG-RNAと結合した。発現パターンとRNA結合能からvasa, nanos, piwiはクルマエビ相同ホモログだと考えられるが性特異的に発現していないため造雄腺ホルモン生物検定系には不適切だと考えられた。
単分子蛍光検出・イメージングによる高分子材料物性変化のリアルタイム時空間分解計測

材料に微量添加したプローブ色素一個一個の動きを観察することで、重合・架橋(ネットワーク形成)により起こる高分子材料の局所的な物性変化を追跡した。熱及び光硬化性高分子材料に対して上記の手法を応用し、未反応試料、及び種々の条件下で反応を誘起した試料に対して、材料中のプローブ分子の並進・回転拡散運動を追跡した。得られたデータを詳細に解析し、ネットワーク形成反応のナノスケールの不均一性を評価した。高分子の局所的な光重合・架橋反応は産業的にはレジスト材料等の中心的な反応プロセスであり、また光反応性高分子材料を用いた3次元ナノ加工技術の開発、応用が近年盛んである。上記の微細光加工では、反応の空間選択性が加工精度を決定する。従って反応進行度のinsitu空間分解測定法は、高性能材料開発のためにも、また複雑な重合・架橋反応の空間的不均一性を理解する上でも重要である。本研究では、蛍光分子をプローブとして用い、局所環境に依存した個々の分子の動きを追跡することで、高分子材料の物性変化と不均一性を高い空間分解能で追跡可能な新たな計測手法開発を目指す。本年度は、蛍光顕微鏡と超高感度のCCD検出器を用いた単分子イメージング装置を構築し、またLabviewやIgor等の言語を用いた解析プログラムを作成した。構築したシステムでは、位置決定精度数10nm程度で高分子材料中の単一分子の並進拡散を追跡することが可能である。このシステムを用い、リソグラフィー用レジスト下層膜等に用いられるポリヒドロキシエチルアクリレート(HEA)と架橋剤の混合薄膜の熱架橋反応や、デキストリン系光反応性高分子材料の光誘起架橋・重合反応に伴うゲスト蛍光分子の並進・回転拡散運動の変化を単分子イメージングにより追跡した。その結果、HEA系材料では反応の進行に伴い、まずゲスト分子の並進拡散が抑制され、次いで回転拡散が止まるという階層的な分子運動の凍結を単分子レベルで可視化することに成功した。また両方の材料に関して、反応に伴うゲスト分子の運動性変化が分子の置かれる位置ごとに大きく異なったことから、材料のミクロ領域における空間的不均一正に関する情報を得ることができた。重合・架橋反応による3次元ネットワーク形成により、高分子の物性、例えば溶解性、粘性率、弾性率などは不可逆的に変化する。このような特徴を利用した材料は多くの産業プロセスで用いられ、代表的なものにフォトリソグラフィー用レジスト関連材料等が挙げられる。リソグラフィーでは反応の空間選択性が加工精度を決定するため、材料内部の反応進行度をin situで空間分解測定する手法は、高性能材料開発のためにも、また複雑な重合・架橋反応を理解する上でも重要である。本研究では蛍光分子をプローブとし、局所環境に依存した個々の分子の
A型肝炎の肝細胞障害発生機序に関する研究

A型肝炎ウィルス(HAV)が発見され、ポリオウィルス等と同属のエンテロウィルスに属するものであることが明らかとなったのは1973年以来であり、引き続いて培養細胞内増殖系も得られた。しかし、予期に反して、培養細胞内でHAVの増殖はみられるが、細胞崩壊像は観察されなかった。このことから、A型肝炎発症時の激しい肝障害の発生機序を考え直す必要が生じて来た。本研究においては、カニクイザル腎由来の培養細胞株JTC-12-P_3を用いこれにHAVを感染させた際の増殖の動態をウィルス学的、電子顕微鏡的に検索し、ウィルス増殖が専らVesicle内で行われるが、その初期の段階では他のエンテロウィルス群で見られるHAVの結晶状排列を確認することが出来た。これはHAVについては、今迄観察されていなかった新知見である。また、電顕的にみても、感染細胞の変性、壊死は起こらず、持続感染状態となることが確認された。この持続感染細胞系を用いて、非感染細胞を対照として、ヒト健常者リンパ球、A型肝炎急性期リンパ球、A型肝炎回復期リンパ球をによる細胞障害効果の有無を、^<51>Cr放出試験によって、持続感染細胞と対照非感染細胞との間に有意差がみられるか否かによって検索した。その結果ヒトリンパ球を用いた場合は、有意差を認めることが出来ず、培養細胞と同種の関係にあるカニクイザルのリンパ球を用いた場合に、感染細胞に有意に高い細胞障害効果が認められた。さらに、1L-2にて刺激したリンパ球を用いた場合にはさらに大きな差をもって、有意に高い細胞障害効果が観察された。この結果から、NK及びLAK細胞活性が、同種の関係においては、ウィルス感染細胞に障害効果を示すものと考えられ、A型肝炎の際の肝細胞障害機構においても、NK又はLAK細胞による非特異的免疫機構が関与している可能性があることが示された。当教室においては,カニクイ猿腎由来で無血清合成培地にアダプトしたJTCー12ーP_3細胞株におけるHAVの増殖をすでに確認しているが,この系で得られたHAVの物理化学的性状を検討する目的で,ウィルス抗原陽性の細胞抽出液を分離用超遠心機による塩化セシウム液中の密度平衡遠心にて検索し各分画の抗原力価をHAVABMキットを用いたサンドイッチ法にて測定した所,比重1.32の部分に軍一のピークとして抗原の存在を認め,同分画の電顕的検索によって直径27nmの球形粒子の存在を確認した.JTCー12ーP_3細胞におけるHAV粒子の増殖過程を電顕的に検索した所HAVと考えられる直径27nmの粒子は,多くは細胞質内の膜系によって囲まれたVesicle内に認められたが,一部において細胞質内にて膜系に囲まれずに,Matrix領域中に結晶状排列をとって観察された.これらの粒子は何れも, Protein A金コロイド粒子を用いた免疫電顕法によってHAVとして抗原性を有することが確認された.

HAV増殖の形態〓において,従来はVesicle内での存在しか報告されておらず,エンテロウイルス一般の増殖の形態〓とは異るものとして理解されて来たのであるが,我々の観察によってエンテロウイルス一般に見られる如き結晶状排列が見られたことに意味がある.培養組胞系におけるHAVの増殖においては,細胞変性効果(CPE)は観察されないので,生体内における肝細胞障害機序については,CPE以外の機序の関与も考えられているのであるが,HAV感染JTCー12ーP_3細胞を用い,非感染JTC細胞を対照として,NK細胞,LAK細胞活性等の非特異的免疫機構が障害機序に関与する可能性を検索した所,ヒトリンパ球を使用した場合は,感染非感染の間に有意の差はなかったが,JTC細胞と同種のカニクイザルリンパ球を使用すると,両者の間に有意の差がみられ,この機構が関与している可能性が示唆された.当教室に保有するカニクイザル腎由来の継代細胞、JTCー12ーP_3細胞(JTC)と、これにHAVを接種して、HAVの増殖は認められながらも細胞の崩壊を来さずに持続感染細胞となった細胞(JTCーHAV)とを用いて、LK活性と、LAK活性が持続感染細胞を障害する可能性について検索した。Target細胞としては、上記のJTCとJTCーHAVのほかに、NK感受性細胞としてK562細胞、NK抵抗性、LAK感受性細胞としてRaji細胞を用いた。Effector細胞としては、正常ヒト(抗HAV抗体陰性)末梢血単核球(PBMC)、A型肝炎患者PBMC、JTCと同種のカニクイザル(抗HAV抗体陰性)PBMCを用いた。Target細胞は^<51>Crにて標識後、Effector細胞と種々の割合い(E/T比)に混合後、37°C16時間培養し、上清に游離する放射活性を測定し、対照との比較によって%Cutotoxicityを算出した。Effector細胞の活性化は、PolyIーCによるインターフェロンの誘導と、ヒトILー2によるLAKに活性を試みた。正常ヒトPBMC、A型肝炎患者PBMCをEffectorとした場合は、JTCとJTCーHAVの間に有意の%Cytotoxicityの差を見出すことが出来ず、またPolyIーC、またはγILー2による活性化後も結果は同様であった。しかしJTCと同種の関係にあるカニクイザルPBMCを使用してNK活性を観察した所、JTCーHAVはJTCに比し有意に高い%Cytotoxicityを示し、γーILー2によるLAK活性においては両者の差はさらに著明に認められた。なお、カニクイザルPBMCのうち、Cytotoxicityに関与するのは、羊赤血球によるロゼット形成にて分別したB、NK細胞分画の方に存在した。この結果より、inviroにおけるA型肝炎の肝障害の一部は、NK、LAK活性によることが示された。当教室においては、カニクイザル腎由来株化細胞(JTC)にA型肝炎ウイルス(HAV)を感染させ、持続感染状態となった細胞系(JTC-HAV)を維持している。このJTC細胞とJTC-HAV細胞き両者を^<51>Crにて標識し、種々の刺激、操作を加えた後の細胞障害の結果として上清中に游出してくる^<51>Crの放射活性を測定し、両細胞系の比較を行った場合、JTC-HAVの方に有意に高い^<51>Crの放出が認められれば、in vivoにおけるA型肝炎の肝細胞障害機序としての役割が予想されるわけである。そこで、小胞体系に影響を及ぼすイオンの影響について、Na^+、K^+の組み合わせを変化させた培地について、両者の細胞の^<51>Crの放出に差があるか否かを検討したが、行った実験条件の範囲内では、両者の間に差を認めることは出来なかった。一方A型肝炎の発症初期においては、発熱、全身倦怠感などの強い全身症状を呈するのが普通である。この現象については、HAV感染によって活性化されたマクロファ-ジから放出されるサイトカインが引き金となって、二次的、三次的に種々の細胞反応が誘導され、それらから放出されるその他のサイトカインとも相まって、種々のサイトカインによる感染肝細胞の障害が起こることが考えられている。
複雑な破壊現象のダイナミックスとその基礎方程式

近年,脳や生命現象などの振る舞いが,複雑系の物理学により定量的に表現されるようになってきた.生命システムは多くの複雑系がいろいろな階層構造をなし,さらに高次の複合系をなしている.一方,地殻を構成する岩石それ自体も複雑な系であり,地殻構造は不均質な複合系をなしている.本研究課題ではまず,時間的・空間的に連結する複雑な破壊過程の特徴を抽出し,複合材料の疲労破壊や不均質地殻の断層破壊の本質機構を解明する観点から,スケーリング則で支配された確率過程のモデルを新しく導入した.その結果;ランダムに破壊する断層パッチは非常に大きなサイズ効果を示し,そのサイズ効果を確率論的に表現する時間的・空間的スケーリング則が観測から自然に導かれた.それにより,地震活動のサイズ分布,空間分布,地震活動の長期記憶などが合理的に説明された.次ぎに,長期記憶を発生させる複雑系の基礎方程式をLangevin方程式をもとに複雑さをスケーリング則で取り入れ独自の表現を導いた.この方程式系がさらに複雑化し,高次の複合系を形成する場合を表現する新たなスケーリング則を明らかにした.この複合系を記述する新しいスケーリング則により,一般的な複雑系のスローダイナミックスからさらにゆっくりとした変動を示すスパースローダイナミックスの現象までを統一的に表現する理論を確立した.近年,脳や生命現象などの振る舞いが,複雑系の物理学により定量的に表現されるようになってきた.生命システムは多くの複雑系がいろいろな階層構造をなし,さらに高次の複合系をなしている.一方,地殻を構成する岩石それ自体も複雑な系であり,地殻構造は不均質な複合系をなしている.本研究課題ではまず,時間的・空間的に連結する複雑な破壊過程の特徴を抽出し,複合材料の疲労破壊や不均質地殻の断層破壊の本質機構を解明する観点から,スケーリング則で支配された確率過程のモデルを新しく導入した.その結果;ランダムに破壊する断層パッチは非常に大きなサイズ効果を示し,そのサイズ効果を確率論的に表現する時間的・空間的スケーリング則が観測から自然に導かれた.それにより,地震活動のサイズ分布,空間分布,地震活動の長期記憶などが合理的に説明された.次ぎに,長期記憶を発生させる複雑系の基礎方程式をLangevin方程式をもとに複雑さをスケーリング則で取り入れ独自の表現を導いた.この方程式系がさらに複雑化し,高次の複合系を形成する場合を表現する新たなスケーリング則を明らかにした.この複合系を記述する新しいスケーリング則により,一般的な複雑系のスローダイナミックスからさらにゆっくりとした変動を示すスパースローダイナミックスの現象までを統一的に表現する理論を確立した.従来Maxwell媒質・Voigt媒質など単純な粘弾性的性質を示す物質が知られていた.我々は今まで知られていない粘弾性的性質を示す新素材の開発を目的として,これらの単純な粘弾性媒質を基本的な構成要素として,それらが少しずつ性質を変えて,複雑に絡み合って構成される複雑粘弾性媒質の性質を一般的に記述する理論を発展させようと努力している.このような基本的な理論を用いることで,媒質の新しい性質を構成要素の基本的な性質から一般的に予測したり,導いたりすることができるであろう.したがって,本研究の立場は基本的であり,その成果は複雑系粘弾性媒質の性質を一般的に記述するばかりではなく,粘弾性新素材の開発に広く応用できるものであると考える.従来Maxwell媒質・Voigt媒質など単純な粘弾性的性質を示す物質が知られていた.我々は今まで知られていない粘弾性的性質を示す新素材の開発を目的として,これらの単純な粘弾性媒質を基本的な構成要素とし,それらがすこしずつ性質を変え,複雑に絡み合って構成される複雑系粘弾性媒の性質を一般的に記述する理論を発展させようと努力している.このような基本的な理論を用いることで,媒質の新しい性質を構成要素の基本的な性質から一般的に予測したり,導いたりすることができると考えている.このような基本的な立場の成果は複雑系粘弾性媒質の性質を一般的に記述するばかりではなく,粘弾性新素材の開発に広く応用できるものであると考える.
炎症性腸疾患患者に対する自己脂肪由来幹細胞治療の安全性と有効性に関する研究

炎症性腸疾患(IBD)患者の皮下脂肪組織に含まれる脂肪由来幹細胞数は非IBD患者に比し,有意に多かった。術後難治性腸管皮膚瘻に対する自己皮下脂肪組織由来幹細胞移植術はIBD患者6例に対して安全に実施可能であり,短期的に有効であった。マウス脂肪由来幹細胞を用いた実験では,TNF-αの添加により有意に増殖能,運動能が更新した。「消化器外科手術に伴う難治性皮膚瘻対する自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞を用いた組織再生医療の臨床応用」(UMIN000007316)において、消化器外科手術に伴う臓器、体腔内感染、縫合不全に起因する皮膚瘻を有し、ドレナージ、洗浄、掻爬、抗生剤投与や人工肛門造設などによる治療を行っても1ヶ月間以上治癒が得られていない炎症性腸疾患(IBD)患者6名に幹細胞治療を実施した。対象症例は男性4例,女性2例,年齢は中央値36.5歳(27-55歳)。原疾患は潰瘍性大腸炎4例(直腸カルチノイド術後1例),クローン病2例であった。全例で脂肪組織の採取,自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞濃縮細胞(adipose-derivedregenerative cells:ADRCs)液調整,移植手術が実施可能であった。ADRCsの移植は全例でプロトコールの規定に従い,体表より瘻孔周囲組織内に濃縮細胞液の4分の1量を注入,内視鏡を使用して消化管腔側より粘膜下に4分の1量を注入した後,残りの半量をトロンビン溶液と混合し,フィブリノゲン溶液と共に瘻孔内に注入,ADRCsを含んだフィブリン糊で瘻孔を充填した。手術時間はADRCsのADRCs濃縮細胞液調整時間を含めて中央値236.5分(204-297分),出血量は瘻孔の掻爬に伴うものも含めて中央値20ml(0-65ml)であり,脂肪採取,移植手術に関連する重篤な合併症は認めなかった。組織再生の評価はプロトコールに従い,幹細胞治療実施後1週、2週、4週、12週、24週に臨床症状(脂肪組織採取部位,細胞移植部位)の観察,臨床検査(血液,尿),画像検査を実施した。「消化器外科手術に伴う難治性皮膚瘻対する自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞を用いた組織再生医療の臨床応用」(UMIN000007316)において、幹細胞治療を実施した炎症性腸疾患(IBD)患者6名の追跡および臨床研究以外の手術症例(IBD患者、非IBD患者)から採取された皮下脂肪組織内に存在する脂肪組織由来幹細胞の特性についての検討を実施した。臨床研究の対象症例は潰瘍性大腸炎(UC)4例(直腸カルチノイド術後1例)、クローン病(CD)2例であった。全例で脂肪組織の採取、自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞濃縮細胞(adipose-derivedregenerative cells:ADRCs)液調整、移植手術が実施可能であり、重篤な合併症は認めなかった。調整された濃縮細胞液の解析の結果では、ADRCs数は中央値7.59×107(9.60×106-1.42×108)、細胞生存率中央値89.2%(84.3-93.0%)、CD45-CD31-CD34+細胞割合は中央値24.2%(1.9-49.7%)であった。瘻孔閉鎖率は4週、12週が83.3%(5/6例)、24週が100%(6/6例)であった。幹細胞治療実施後に実施するCT検査では、治療直後の瘻孔充填部位は確認可能であったが、経過中に瘻孔充填部位が不明瞭となる症例が大半であり、画像による組織再生評価は困難であった。一時的人工肛門が造設されていた5例中4例で人工肛門の閉鎖を実施した。IBD患者5例(UC2例、CD3例)、非IBD患者6例の皮下脂肪組織内に存在する脂肪組織由来幹細胞の特性の検討では、1gの皮下脂肪組織あたりの脂肪組織由来幹細胞数がIBD患者4.2×104、非IBD患者0.8×104とIBD患者で有意に高く、CD45-CD31-CD34+細胞割合がIBD患者11.39%、非IBD患者3.1%とIBD患者で有意に高かった。

調整された濃縮細胞液の解析の結果では、ADRCs数は中央値7.59×107(9.60×106-1.42×108)、細胞生存率中央値89.2%(84.3-93.0%)、CD45-CD31-CD34+細胞割合は中央値24.2%(1.9-49.7%)であった。瘻孔閉鎖率は4週、12週が83.3%(5/6例)、24週が100%(6/6例)であった。幹細胞治療実施後に実施するCT検査では、治療直後の瘻孔充填部位は確認可能であったが、経過中に瘻孔充填部位が不明瞭となる症例が大半であり、画像による組織再生評価は困難であった。一時的人工肛門が造設されていた5例中4例で人工肛門の閉鎖を実施した。IBD患者5例(UC2例、CD3例)、非IBD患者6例の皮下脂肪組織内に存在する脂肪組織由来幹細胞の特性の検討では、1gの皮下脂肪組織あたりの脂肪組織由来幹細胞数がIBD患者4.2×104、非IBD患者0.8×104とIBD患者で有意に高く、CD45-CD31-CD34+細胞割合がIBD患者11.39%、非IBD患者3.1%とIBD患者で有意に高かった。マウスADSCsの増殖能はTNF-αの添加により有意に亢進した。TNF-αと共培養した24時間後に加えて,TNF-αを除いた48時間後においても有意に高い細胞増殖を示した。Wound healingassayでは,TNF-αを添加して培養することによりmurine ADSCsの運動能は有意に亢進した。本研究の結果は,IBD患者において分離直後の自己由来ADSCsを直接治療に用いるような状況を想定した場合は,健常人に比較して有利な要素があることを示唆しており,治療の有効性を期待させる結果であると考えられる。炎症性腸疾患(IBD)患者の皮下脂肪組織に含まれる脂肪由来幹細胞数は非IBD患者に比し,有意に多かった。術後難治性腸管皮膚瘻に対する自己皮下脂肪組織由来幹細胞移植術はIBD患者6例に対して安全に実施可能であり,短期的に有効であった。マウス脂肪由来幹細胞を用いた実験では,TNF-αの添加により有意に増殖能,運動能が更新した。「消化器外科手術に伴う難治性皮膚瘻対する自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞を用いた組織再生医療の臨床応用」(UMIN000007316)において、消化器外科手術に伴う臓器、体腔内感染、縫合不全に起因する皮膚瘻を有し、ドレナージ、洗浄、掻爬、抗生剤投与や人工肛門造設などによる治療を行っても1ヶ月間以上治癒が得られていない炎症性腸疾患(IBD)患者6名に幹細胞治療を実施した。対象症例は男性4例,女性2例,年齢は中央値36.5歳(27-55歳)。原疾患は潰瘍性大腸炎4例(直腸カルチノイド術後1例),クローン病2例であった。全例で脂肪組織の採取,自己脂肪組織由来間葉系前駆細胞濃縮細胞(adipose-derivedregenerative cells:ADRCs)液調整,移植手術が実施可能であった。ADRCsの移植は全例でプロトコールの規定に従い,体表より瘻孔周囲組織内に濃縮細胞液の4分の1量を注入,内視鏡を使用して消化管腔側より粘膜下に4分の1量を注入した後,残りの半量をトロンビン溶液と混合し,フィブリノゲン溶液と共に瘻孔内に注入,ADRCsを含んだフィブリン糊で瘻孔を充填した。手術時間はADRCsのADRCs濃縮細胞液調整時間を含めて中央値236.5分(204-297分),出血量は瘻孔の掻爬に伴うものも含めて中央値20ml(0-65ml)であり,脂肪採取,移植手術に関連する重篤な合併症は認めなかった。組織再生の評価はプロトコールに従い,幹細胞治療実施後1週、2週、4週、12週、24週に臨床症状(脂肪組織採取部位,細胞移植部位)の観察,臨床検査(血液,尿),画像検査を実施した。「消化器外科手術に伴う難治性皮膚瘻対する自己脂肪組織
集中豪雨に伴う淡水流入が沿岸海域の貧酸素化に及ぼす物理的影響の評価手法の開発

貧酸素化は,水域において酸素の消費が供給を上回った場合に発生し,水圏生物の窒息死を招く深刻な環境問題である.近年の集中豪雨の増加は,低塩分水が海面を覆って海域内部への酸素供給を妨げる期間の長期化につながり,新たな貧酸素化のリスク要因となっている.本研究では,海岸沿いの塩分を用いた流域水収支モデルの調整法と淡水流入量の推定法を開発し,任意の海域への集中豪雨の影響を迅速に評価する.また流動・生態系モデルを用い,集中豪雨に伴う淡水流入が海域の流動構造と海域下層への酸素供給量を変化させることを通じて,貧酸素化に及ぼす影響を定量評価できるようにする.貧酸素化は,水域において酸素の消費が供給を上回った場合に発生し,水圏生物の窒息死を招く深刻な環境問題である.近年の集中豪雨の増加は,低塩分水が海面を覆って海域内部への酸素供給を妨げる期間の長期化につながり,新たな貧酸素化のリスク要因となっている.本研究では,海岸沿いの塩分を用いた流域水収支モデルの調整法と淡水流入量の推定法を開発し,任意の海域への集中豪雨の影響を迅速に評価する.また流動・生態系モデルを用い,集中豪雨に伴う淡水流入が海域の流動構造と海域下層への酸素供給量を変化させることを通じて,貧酸素化に及ぼす影響を定量評価できるようにする.
複素射影平面上の直線配置と絡み目のミルナー不変量の研究

本研究では,絡み目の不変量のアイデアを複素射影平面CP2内の直線配置の研究に応用して,直線配置の位相型を区別する新たな不変量を発見する事を目的とする.本年度は,主に次に上げる研究成果が得られた.これらの成果は,絡み目の不変量を応用した不変量を用いる事で得られた.(1)実射影変面内の直線配置に関して,図形的に計算可能な絡み数の構成に成功した.これまでの,絡み数は,その計算をコンピューターに依存しなければならない複雑なものばかりであった.ここで構成した絡み数は,計算が簡易であるというばかりでなく,これまで3例しか知られていなかったザリスキー対に加えて,新たに10例のザリスキー対の構成に成功した.さらに,この結果は,今まで知られていなかった有理ザリスキー対の初めての例でもある.(2)直線配置の絡み数の研究を進め,k-アルタル曲線(k ∈{3,4,5,6})に対してザリスキー対の存在を示した.(直線配置の研究においては,ザリスキー対と呼ばれる直線配置対の発見は,大変重要である.)(3)上で用いた絡み数は,Shimada k-pletと呼ばれる直線配置を区別する事を示した.これらの2つの論文の結果を通して,絡み数が区別する直線配置の特徴が明らかになった.2つ目の結果を得る為に,これまでの絡み数を,代数的・幾何的に再構築し,代数的な計算方法を備えた分離数と関連付けた.(4)基本群は,直線配置の組合せ的構造では,定まらない事を示した.これは,Falk氏とRandell氏の挙げた問題の解答を与えた事になる.また,ここで用いた証明は,Suciu氏の挙げた問題に否定的解答を与えた.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。外国人研究者のゲルビール氏の専門分野は,複素射影平面CP2内の直線配置である.ここで,CP2内の直線とは,CP2内の球面Sで(CP2,S)と(CP2,CP1)が対で同相となるものであり,直線配置とは,有限個の直線の集合の事である.ゲルビール氏は直線配置Aに対し,(CP2,A)の対の同相写像における同値類(位相型)の研究に特に関心をもってこれまでの研究を行ってきた.一方,研究代表者の専門分野は,絡み目の研究(3次元球面内の有限個の閉曲線の集合の配置の問題)で,特に絡み目のミルナー不変量に関して,これまでに多くの成果を挙げてきた.本研究では,絡み目のミルナー不変量のアイデアを,複素射影平面CP2内の直線配置の研究に応用して,直線配置の位相型を区別する新たな不変量を発見する事を目的とする.本年度は,ブレイドモノドロミーと呼ばれる概念と直線配置の間の関係を利用して,ブレイドモノドロミーのミルナー不変量を構成する事を試みた.この結果,ブレイドモノドロミーにはカンドル不変量と呼ばれる不変量が相性が良いという事がわかった.現在はブレイドモノドロミーを経由したカンドル不変量の研究に取り組んでいる.研究分担者のゲルビール氏は,国内の3つの研究集会(札幌,那覇,宇部)に参加し本研究に関連する講演を行った.特に,札幌と宇部では招待講演を行った.また,アメリカのストーニーブロックで開催された,アメリカ数学会の研究集会でも講演を行った.そのほか,フランスに3週間程度滞在し,その間リール大学,ストラスブール大学,フーリエ研究所,ブルゴーニュ大学に訪問し,各大学の研究者との研究交流および本研究に関連する講演を行った.概要で述べた通り,次の研究につながる進展が得られた.おおむね順調と言って差し支えない.外国人研究者のゲルビール氏の専門分野は,複素射影平面CP2内の直線配置である.ここで,CP2内の直線とは,CP2内の球面Sで(CP2,S )と(CP2,CP2)が対で同相となるものであり,直線配置とは,有限個の直線の集合の事である.ゲルビール氏は直線配置Aに対し,(CP2,A)の対の同相写像における同値類(位相型)の研究に特に関心をもってこれまでの研究を行ってきた.一方,研究代表者の専門分野は,絡み目の研究(3次元球面内の有限個の閉曲線の集合の配置の問題)で,特に絡み目の不変量に関してこれまでに多くの成果を挙げてきた.本研究では,絡み目の不変量のアイデアを複素射影平面CP2内の直線配置の研究に応用して,直線配置の位相型を区別する新たな不変量を発見する事を目的とする.本年度は,主に次に挙げる研究成果が得られた.これらの成果は,絡み目の不変量を応用した不変量を用いる事で得られた.(1)k-Artal配置(k=3,4,5,6)に関するザリスキー対の存在を示した.(2)今まで知られていなかった,直線配置のザリスキー対を新たに10組構成した.(3)アメリカのノースイースタン大学のAlexandruI. Suciu教授の挙げた問題に否定的な解答を与えた.これらの成果に関連して,国内で4回(高知,神戸,仙台,札幌),海外で1回(フランス・アンジェ)の招待講演を行った.多くの研究成果が得られており,順調に進展していると言える.

本研究では,絡み目の不変量のアイデアを複素射影平面CP2内の直線配置の研究に応用して,直線配置の位相型を区別する新たな不変量を発見する事を目的とする.本年度は,主に次に上げる研究成果が得られた.これらの成果は,絡み目の不変量を応用した不変量を用いる事で得られた.(1)実射影変面内の直線配置に関して,図形的に計算可能な絡み数の構成に成功した.これまでの,絡み数は,その計算をコンピューターに依存しなければならない複雑なものばかりであった.ここで構成した絡み数は,計算が簡易であるというばかりでなく,これまで3例しか知られていなかったザリスキー対に加えて,新たに10例のザリスキー対の構成に成功した.さらに,この結果は,今まで知られていなかった有理ザリスキー対の初めての例でもある.(2)直線配置の絡み数の研究を進め,k-アルタル曲線(k ∈{3,4,5,6})に対してザリスキー対の存在を示した.(直線配置の研究においては,ザリスキー対と呼ばれる直線配置対の発見は,大変重要である.)(3)上で用いた絡み数は,Shimada k-pletと呼ばれる直線配置を区別する事を示した.これらの2つの論文の結果を通して,絡み数が区別する直線配置の特徴が明らかになった.2つ目の結果を得る為に,これまでの絡み数を,代数的・幾何的に再構築し,代数的な計算方法を備えた分離数と関連付けた.(4)基本群は,直線配置の組合せ的構造では,定まらない事を示した.これは,Falk氏とRandell氏の挙げた問題の解答を与えた事になる.また,ここで用いた証明は,Suciu氏の挙げた問題に否定的解答を与えた.平成27年度にブレイドモノドロミーを経由したカンドル不変量の研究が有効であるという成果が得られた.この方向で研究を進める事で,新たな成果が得られると期待する.複素射影平面内の直線配置の位相型は,補空間の基本群では定まらないという事の証明を試みる.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
脳磁界計測と経頭蓋磁気刺激を融合した脳機能ダイナミクス計測解析システムの開発

本研究では、末梢神経の電気刺激により誘起される求心性信号と運動野の経頭蓋磁気刺激(TMS)により誘起される遠心性信号の機能ダイナミクスについて計測解析するために脳磁計を用いたシステムを開発した。このシステムを用いて、求心性信号と遠心性信号のダイナミックな連関について計測解析した結果、第一次感覚野の電流双極子の活動度や方向が求心性感覚信号の運動制御への関与を反映していることが示唆された。頭部のMRIデータから得られる脳の形状を抽出し、脳の解剖学的形状と大脳皮質のコラム構造の配列様式を考慮した脳活動部位推定法に基づいたソフトウェアを開発した。まず、被験者頭部のMR画像の大脳皮質とそれ以外の部位とのコントラストの差を微細に調べ、大脳皮質の形状の画像を損なうことなく抽出するソフトウェアを構築した。次に、抽出された脳画像から脳表面の法線方向の単位ベクトルの分布を計算するソフトウェアを開発した。脳の部分の画素は灰色、脳を取り囲む脳脊髄液は黒色に撮像された頭部MRIを用いて脳表面を表す灰色画素の周囲および3次元画像における上層と下層において近接する画素26個のうち脳脊髄液を表す黒色画素に向かう方向の単位ベクトルのベクトル和を求めることにより脳表面にほぼ垂直な方向を算出した。この方法により求めた脳表に垂直な方向のベクトルの大きさを正規化することにより脳表の法線単位ベクトルを脳表の画素全部について求めた。これにより、電流源の方向を事前に脳表に垂直方向に固定し、電流源の位置の3つの変数だけを求めるソフトウェアを構築した。電流源の大きさの二乗和を最小にする条件のもとで解を得るL2ノルム最小化法を用いて脳表上に配置した電流源候補の大きさを計算し、電流源分布を求めるソフトウェアを開発した。このソフトウェアにより求めた電流源分布を脳のMR画像上にカラーマップとして表示するようにした。強度の大きい電流源は赤く強度の小さい電流源は青く表示し、脳の活動部位をわかりやすく表現するグラフィカルインタフェースを構築した。平成20年度に開発した経頭蓋磁気刺激により脳の標的部位を刺激する装置を用いて運動感覚に関連する脳機能について検討を行った。大脳皮質の第一次運動野を経頭蓋磁気刺激したとき運動誘発電位にはばらつきが見られるが、手指の筋で計測される運動誘発電位および手指に誘発される指力をクラスタリングすることにより第一次運動野の刺激部位を特定するソフトウェアを開発した。三層の非線形フィードフォワードニューラルネットワークを構築し、その有用性について検討を行った。その結果、磁気刺激コイル位置を固定して経頭蓋磁気刺激を行なった場合、計測される運動誘発電位にばらつきが見られたが、開発したソフトウェアを用いることにより運動誘発電位や指力から大脳皮質の刺激部位を判別することができることを確認した。次に、最大随意収縮による示指と拇指のピンチ動作遂行中に第一次運動野を経頭蓋磁気刺激したときの筋電図と指力の計測解析を行った。その結果、第一次運動野への経頭蓋磁気刺激により最大随意収縮を越えて指力が誘発されることを明らかにした。さらに、手指の連続的な随意運動の途中において第一次運動野への経頭蓋磁気刺激を行ったときの手指の軌道変化について検討を行った。拇指の回転運動時に第一次運動野へ経頭蓋磁気刺激を行ったときの手指の速度を計測解析した。その結果、拇指の運動中の経頭蓋磁気刺激のタイミングに関わらず、磁気刺激直後に拇指の運動速度が上昇することが見出された。身体の随意運動は大脳皮質の第一次運動野(M1)から末梢神経に向けて伝達される運動指令がダイナミックに制御されることにより遂行される。本研究では、随意運動中にM1に対して経頭蓋磁気刺激(TMS)を行なうことにより随意運動の制御系に対して外乱を与え、その応答を解析することにより随意運動の制御システムについて検討を行なった。手指の随意運動において、M1へのTMSを行った時の手指の運動の応答について実験を行いモデルシミュレーションにより随意運動メカニズムについて解析を行った。被験者の示指の伸展方向に力覚デバイスにより一定の負荷を加えながらM1にTMSを行い、刺激後の示指の先端の運動軌道を計測した。その結果、TMS直後に示指の先端は屈曲方向に変位し、その後、一旦TMSを行った時点よりも伸展方向に変位した後もとの位置にもどった。このM1のTMS後の示指の軌道について、示指のダイナミクスへの感覚情報のフィードバックをTMSにより一時的に遮断するモデルを構築しシミュレーションを行った。シミュレーション結果は、実験で得られた示指の軌道と一致することが確認され、モデルの妥当性が示された。また、手指の二点間到達運動中に随意運動を停止しようとしたときの運動抑制に関する中枢神経系での制御について検討を行なった。まず、運動中に停止信号を呈示したときの手指の軌道を計測した。

次に、停止信号と同時に一次運動野(M1)への経頭蓋磁気刺激(TMS)を行ったときの手指の軌道を計測した。その結果、運動抑制が可能な時間遅れでの停止信号呈示と同時にM1のTMSを行うと運動停止動作が妨げられ、指先の移動距離は有意に長くなることが見出された。この結果により、M1がTMSにより停止信号呈示と同時に刺激されると補足運動野や運動前野等からM1に入力される運動抑制信号がTMSにより阻害されることが示唆された。
結合問題に関する選択的不感化理論の検証

視覚系において,色・形・動きなど異なる視覚属性をどのように統合し,一体のものとして認知し処理するかという結合問題は,認知神経科学における重要かつ未解決の難問である.本研究の目的は,「選択的不感化」という情報統合の原理に,脳では2属性までしか直接結合されないという仮説を組み合わせることによって,この問題が解決可能であることを理論的に示すと共に,その妥当性を心理物理実験により検証することである.本年度は,実験の一部を拡充した上で,これまでの成果と合わせて下記2編の論文にまとめて発表した.また,社会への成果発信の一貫として,理論予測に基づいて発見された2種類の錯視現象が体感できるビデオ画像をWeb上で公開した.1.AttributePair・Based Visual Recognition and Memory (PLoS ONE) : 3種類の実験の結果から,「一つの物体は2つの属性間結合の集合によって分散的に表現され,各結合を要素とするネットワークによって認識や記憶といった高次処理がなされる」という対属性モデルの妥当性を示した.また,これによって結合問題が容易に解決可能となることを論じ,具体的な解の候補として選択的不感化理論に基づく特徴結合のメカニズムを提示した.2.選択的不感化ニューラルネットを用いた強化学習の価値関数近似(電子情報通信学会論文誌):選択的不感化と対属性モデルが有効であることを計算論的に示すために,それらに基づいて構成したニューラルネットを強化学習に適用した.その結果,高い学習効率や冗長変数へのロバスト性など,脳にはあるが従来手法にはない優れた性質が得られることがわかった.このことは,同様の原理が脳内で用いられていることを示唆している.視覚系において,色・形・動きなど異なる視覚属性を処理するモジュールの情報をどのように統合し,一体のものとして認知し処理するかという結合問題(バインディング問題,結び付け問題ともいう)は,脳の認知メカニズムを解明する上で重要かつ未解決の難問である.本研究の目的は,「選択的不感化」という情報統合の原理に,脳では2属性までしか直接結合されないという2属性仮説を組み合わせることによって,この問題が解決可能であることを理論的に示すと共に,その妥当性を心理物理実験により検証することである.本年度は,そのための基礎的,準備的な研究およびそれに基づく関連研究を行った.主な成果は以下の通りである.1.理論的検討:選択的不感化原理と一般化した2属性仮説とを組み合わせることによって,非線形多変数関数を効率的に近似できる神経回路モデルを構築した.また,これを強化学習の価値関数の近似器として用いることにより,学習効率を大幅に向上できることを示した.これは,間接的に我々の理論の有効性を示すと同時に,情報処理モデルとしての有用性を示すものであり,特許出願も行った.2.心理物理実験(1):メンタルローテーションを用いて,属性間結合の性質を調べた.部分的に着色された幾何学的図形を用いて,テスト図形を頭の中で回転させたものがサンプル図形と一致するかどうかを実験参加者に答えさせところ,メンタルローテーションの処理において扱われる物体表象は,属性が統合したものではないことを示す結果が得られた.3.心理物理実験(2):両眼視野闘争を用いた実験により,2属性仮説を支持する結果が得られた.左右眼に異なる3属性図形を提示した場合,両眼視野闘争が生じるが,その図形の属性を2つずつ高速で逐次提示しても同様の視野闘争が生じ,3属性図形が知覚されることがわかった.視覚系において,色・形・動きなど異なる視覚属性を処理するモジュールの情報をどのように統合し,一体のものとして認知し処理するかという結合問題(バインディング問題,結び付け問題ともいう)は,脳の認知メカニズムを解明する上で重要かつ未解決の難問である.本研究の目的は,「選択的不感化」という情報統合の原理に,脳では2属性までしか直接結合されないという2属性仮説を組み合わせることによって,この問題が解決可能であることを理論的に示すと共に,その妥当性を心理物理実験により検証することである.本年度は,仮説に基づくモデルの有効性の検証等を行った.主な成果は以下の通りである.1.昨年度構築した選択的不感化ニューラルネットの関数近似能力を検証した.その結果,次元の増加に伴う計算量の爆発が抑えられること,冗長変数を加えても学習時間がほとんど増加しないことなど,理論の有効性を示す結果が得られた.2.モデルから予測される錯視現象を実験的に確認した.これは,3種類の3属性図形を94msずつ切り替え,かつ左右眼に異なる位相で提示すると,一瞬も提示していない3属性図形が知覚されるという極めて興味深いものであり,属性対レベルで情報処理が行われていることを強く示唆している.3.着色した図形の心的回転(メンタルローテーション)に関する実験を行った結果,色特徴を結合した状態のまま心的回転が可能であることが明らかになった.この結果も,2属性仮説と整合するものである.視覚系において,色・形・動きなど異なる視覚属性をどのように統合し,一体のものとして認知し処理するかという結合問題は,認知神経科学における重要かつ未解決の難問である.本研究の目的は,「選択的不感化」という情報統合の原理に,脳では2属性までしか直接結合されないという仮説を組み合わせることによって,この問題が解決可能であることを理論的に示すと共に,その妥当性を心理物理実験により検証することである.

本年度は,実験の一部を拡充した上で,これまでの成果と合わせて下記2編の論文にまとめて発表した.また,社会への成果発信の一貫として,理論予測に基づいて発見された2種類の錯視現象が体感できるビデオ画像をWeb上で公開した.1.AttributePair・Based Visual Recognition and Memory (PLoS ONE) : 3種類の実験の結果から,「一つの物体は2つの属性間結合の集合によって分散的に表現され,各結合を要素とするネットワークによって認識や記憶といった高次処理がなされる」という対属性モデルの妥当性を示した.また,これによって結合問題が容易に解決可能となることを論じ,具体的な解の候補として選択的不感化理論に基づく特徴結合のメカニズムを提示した.2.選択的不感化ニューラルネットを用いた強化学習の価値関数近似(電子情報通信学会論文誌):選択的不感化と対属性モデルが有効であることを計算論的に示すために,それらに基づいて構成したニューラルネットを強化学習に適用した.その結果,高い学習効率や冗長変数へのロバスト性など,脳にはあるが従来手法にはない優れた性質が得られることがわかった.このことは,同様の原理が脳内で用いられていることを示唆している.
生物微弱発光を利用した収穫後青果物の環境ストレス耐性評価システムの開発

生物微弱発光は、生物が放出するごく弱い光で、その値は動物の健康状態や植物の内部品質などの「生体情報」を反映して変化するといわれている。最近、この微弱な光を高精度で測定できる測定装置(浜松ホトニクス社製)が開発された。これを機に、青果物の内部品質を非破壊で評価するシステムの開発に取り組んだ。材料として周年入手可能なオオバの他、ブルーベリー、トマトを用い、評価する品質としてとくに消費者の関心が高く、環境ストレス耐性の指標となる「抗酸化力(ORAC値)」を選択した。昨年までは装着するサンプルホルダーが小さく、切断したオオバ葉しか測定できなかったので、本年度はブルーベリーやミニトマトでも丸ごと測定できるようにホルダーを改良した。その結果、励起光源としてピーク波長720nmのLEDを15秒当て、その後の青果物の発する蛍光量(遅延蛍光量という)を測定することで、とくにトマトに含まれるORAC値を精度高く(相関係数0.95)推定できることが明らかとなった。遅延蛍光量はとくに温度によって大きく変化するので、測定に当たっては、個々の青果物を同一温度にしておくことが重要であることも分かった。これにより、青果物の抗酸化力を非破壊で評価し、その「情報」をつけることで高品質のものを適切な価格で販売する途が開けた。青果物のORAC値は、同一の圃場から同時期に収穫された外観の似たものでも2倍以上異なることも明らかとなり、高品質のものを適切な価格で販売する上で、非破壊評価の意義は大きい。今後本法を実用化するため、関連各社と共同研究を継続していくことが確定しており、結果の社会還元に向けて、動き出すことになった。収穫後の青果物は、乾燥などの環境ストレスを受け、鮮度や内部品質の低下を引き起こす。個々の青果物の環境ストレス耐性にはばらつきが大きく、それを正当に評価することで効率的な流通が可能となり、さらに耐性のすぐれた青果物は高付加価値商品として消費者に提供できる。本研究では、環境ストレス耐性(その結果として変化する「鮮度」や「内部品質」)を非破壊かつリアルタイムで評価するシステムとして、「生物微弱発光」に着目し、その利用可能性を実証することを目的とした。供試材料として、周年供給され、収穫後の乾燥ストレスに敏感に反応するオオバ葉を選んだ。オオバ葉は、採取株の新旧や採取位置を問わず、一定の大きさに達した時に収穫されるため、品質にばらつきが大きいことが予想される。まず市販のオオバ葉の内部品質として抗酸化活性を測定したところ(n=10)、2.8倍程度の差異がみられた。また収穫後のオオバ葉にみられる褐変発生時期を観察したところ、貯蔵後4日で発生する葉もあれば8日たっても発生しない葉もあった。一方褐変発生時の葉重減耗率は26.3±1.1%とばらつきが小さく、さらに褐変発生とともに過酸化水素の急激な増加がみられた。このように、葉重減耗率が小さく乾燥ストレスに強いオオバ葉では、過酸化水素の発生が遅く、それに伴い褐変発生が遅れることがわかった。そこで葉重減耗率を非破壊かつ迅速に評価するため、呼吸量と生物微弱発光の一つである「遅延蛍光値」を計測したところ、両者とも葉重減耗率と有意な相関がみられた。呼吸量の測定には約1時間を要するが、遅延蛍光値は数十秒で済んだ。このように遅延蛍光値を用いることで、環境ストレス耐性の評価を非破壊かつ迅速に行える可能性が見出せた。
イオンビーム照射による磁性金属内包フラーレンの生成とその機能

磁性金属内包フラーレンとして鉄内包フラーレンを対象とし、それを生成するための鉄イオンおよび塩化鉄イオンの低エネルギー照射技術の構築を行った。結果として、FeClーフラーレン複合物の生成に成功した。液体クロマトグラフィ質量分析や量子化学計算によるFeClーフラーレン複合物から、FeCl内包フラーレンの生成の可能性やその物性について新たな知見を得ることが出来た。平成27年度は、以下の3項目について研究を行った。1.鉄ーフラーレン複合物生成の高効率化のためのフラーレン堆積ー鉄イオンビーム減速照射連続処理システムの改良を行った。これにより当初の予定通り、人の監視下で長時間の複合物生成実験を行うことができるようになった。平成28年度以降は、この改良したシステムを用いて、鉄ーフラーレン複合物を多量に生成していく予定である。2.高速液体クロマトグラフィによる鉄ーフラーレン複合物の単離に関する検討を行った。結果としては今回試行した条件内では、単離することが難しいことがわかった。しかしながら今後検討すべき試料調整条件に関して有益な知見が得られ、さらに高速液体クロマトグラフィ以外の分析手法に関して情報が得られた。平成28年度以降は引き続き高速液体クロマトグラフィによる鉄ーフラーレン複合物の単離に関する検討を継続し、新たに高速液体クロマトグラフィ以外の手法による単離に関しても検討していく予定である。3.鉄ーフラーレン複合物の安定構造に関する検討を行った。主に半経験的および非経験的分子軌道法による計算手法の構築を行った。結果として、鉄内包フラーレンとして存在し得るという計算結果を得ることができている。平成28年度以降は、エネルギー状態やその他の物性に関して計算を進めるとともに、電子顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡による鉄ーフラーレン複合物の構造を調べていく予定である。研究実績の概要で記述した通り平成27年度は3項目について研究を行った。その中で2項目は概ね期待した結果を得られた。ただし、1項目(高速液体クロマトグラフィによる鉄ーフラーレン複合物の単離)に関しては、期待する結果は得られなかった。一方で本項目の検討から高速液体クロマトグラフィ以外の分析手法も有効かもしれないという情報が得られた。平成28年度以降は引き続き高速液体クロマトグラフィによる単離に関して検討を継続するとともに、新たな単離手法の検討も行いたい。以上のことから、現在までの進捗状況を判断した。平成28年度は、以下の3項目について研究を行った。1.鉄ーフラーレン複合物の構造分析に関する検討を行った。具体的には、鉄ーフラーレン複合物のレーザー脱離によるイオン化法を用いた高分解能質量分析とヘリウムガス衝突による複合物分解過程の解析から、生成された鉄ーフラーレン複合物の構造の類推を行ったが、結果としては、鉄ーフラーレン複合物が内包フラーレンであることを示すデータは得られなかった。ただし、フラーレン分子の外側に鉄原子が結合した新しい分子を示す結果が得られた。2.量子化学計算による鉄ーフラーレン複合物の安定構造に関する検討を平成27年度からさらに進めた。興味深いことに、鉄単体で内包されるよりも他の元素と鉄を組み合わせて内包した方がより安定になりうるという結果が得られた。また、鉄原子を介したフラーレン重合体が比較的安定であるという計算結果も得られた。3.上記の2項目の研究結果をもとに、レーザー蒸発と高分解能質量分析および分解過程の解析装置を組み合わせた装置を用いて、鉄と他の原子の内包フラーレン生成や鉄原子を介したフラーレン重合体の生成のための実験セットアップの構築や予備的な実験を行った。今後は準備した実験セットアップを用いて、どのような元素が鉄と他の元素の2種以上の原子が内包したフラーレンの生成に適しているか系統的に調べたい。また、鉄原子を介したフラーレン重合体についても、新しい炭素クラスターとして今後の研究を進展させたい。磁性金属内包フラーレン生成を主眼に置き、これまでは単一の鉄原子を内包しようと考え研究してきたが、平成28年度の研究により、鉄と他の元素を組み合わせることで、より安定で磁性を持った原子内包フラーレンを生成できる可能性を示すことができた。このようなことから現在までの進捗状況を判断した。平成29年度は、鉄ー塩素ーフラーレン複合物の構造や性質について、量子化学計算と液体クロマトグラフィ質量分析法を用いて詳細に調べた。量子化学計算において対象とした鉄ー塩素ーフラーレン複合物は、鉄原子と塩素原子を内包したC60分子と鉄原子と塩素原子を内包したC70分子とした。両分子とも最安定な構造がわかり、電子状態・電荷分布などの性質についても得ることが出来た。より具体的には、計算対象とした内包フラーレンは他の金属内包フラーレンと比較すると、HOMO-LUMOエネルギーギャップが大きく、内包フラーレン分子単体としての高い安定性が示唆された。また、内包フラーレン内の電荷分布についても、一般的な金属内包フラーレンでは内包された金属から外側のフラーレン殻に電荷が移るのに対し、今回計算対象とした内包フラーレンでは電荷の移動は顕著に小さいことがわかった。液体クロマトグラフィ質量分析法では、カラムによる保持時間と検出される質量により分析対象分子の性質を知ることが出来るが、質量スペクトルの同位体分布パターンからは鉄原子ー塩素原子ーフラーレン複合分子が存在することが示唆され、液体クロマトグラフィの保持時間からはその複合分子のフラーレン殻の電荷分布は純粋なフラーレンの電荷分布と同様であることがわかった。この実験結果は上記の鉄ー塩素内包フラーレンの量子化学計算結果と矛盾しない。したがって鉄原子ー塩素原子ーフラーレン複合分子が鉄ー

塩素内包フラーレンであると考えられる。磁性金属内包フラーレンとして鉄内包フラーレンを対象とし、それを生成するための鉄イオンおよび塩化鉄イオンの低エネルギー照射技術の構築を行った。結果として、FeClーフラーレン複合物の生成に成功した。液体クロマトグラフィ質量分析や量子化学計算によるFeClーフラーレン複合物から、FeCl内包フラーレンの生成の可能性やその物性について新たな知見を得ることが出来た。本研究の課題は鉄ーフラーレン複合物の【生成の高効率化】、【単離】、【構造解析】、【磁気特性解析】である。【生成の高効率化】に関しては、平成27年度で整備したフラーレン堆積ー鉄イオンビーム減速照射連続処理システムを用いて、多量に鉄ーフラーレン複合物を生成していく。【単離】に関しては、当初予定していた高速液体クロマトグラフィに加えて、平成27年度に得られた結果をもとに新たな手法も検討をしていく。【構造解析】に関しては、電子顕微鏡や、走査型トンネル顕微鏡による観察を行っていく。【磁気特性解析】に関しては、高純度な物質が得られた段階で磁化の外部磁場および温度依存性等の磁気特性を実験的に示していく。上記の解析結果をもとに、将来の応用展開(MRI造影剤やガン温熱治療用薬剤)に対して具体的な利用法を提案する。平成28年度に行った研究の結果を受けて、鉄と他種元素を組み合わせて原子内包フラーレン生成を行うということと、鉄が外側に結合した新しい炭素クラスターの生成条件の探索などを、高分解能質量分析計とレーザー蒸発装置を組み合わせた装置により研究する。ナノテクノロジー必要とした消耗品の金額が少なく済んだため、次年度使用額が生じた。当初計画では装置制御機器を整備予定であったが、予備実験で得られた結果から該当機器を整備しなくとも研究を有効に遂行できるものと判断したため、次年度使用額が生じた。次年度経費と合わせて消耗品の購入に使用する。生成する試料の磁気特製評価のための外部委託分析にかかる費用や、不活性雰囲気で実験を行うための実験機器の整備費用、また研究協力者との共同実験のための出張費用として使用する。