hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機薄膜太陽電池のナノ構造制御

現在の混合バルクヘテロジャンクションにおいては、薄膜中のホール移動度が電子移動度に比べて低いために、電荷の再結合を誘発してしまうことが報告されている。特にMDMO-PPVをはじめとする可溶化ポリフェニレンビニレン系ポリマーは非晶性であるため、混合薄膜中でのホール輸送においては不利であった。これは、従来法で合成したポリマーは立体規則性が完全にランダムであるためと考えられる。そこで本研究では、新規モノマー設計および重合反応の検討により、完全に立体規則的な結合を有する結晶性MDMO-PPVを合成することを試みた。合成はアルデヒド基とリン酸エステル基を両方持つモノマーを用いて、Horner-Emmons反応によって行った。反応形式上、完全な立体規則性を持ったポリマーが生成すると期待できる。実際、生成したMDMO-PPVは有機溶媒への溶解性が低く、従来のMDMO-PPVとは異なる構造を有していることが示唆された。しかしこれらPPVの立体規則性を定量的に評価する手法はこれまで存在しなかった。そこで我々は、MDMO-PPVの1H-NMRスペクトルを詳細に検討し、また新規なモデル化合物を別途合成することにより、PPVの立体規則性の定量的評価法を新たに開発した。その結果、得られた新規MDMO-PPVは完全に立体規則的な構造を有していることが明らかとなった。ポリマー薄膜のX線回折と紫外可視吸収スペクトルから、立体規則性MDMO-PPVは高い結晶性を有することが確かめられた。さらに、このポリマーの有機薄膜太陽電池への応用について検討した。PCBMとのバルクヘテロジャンクションデバイスを作成し、特性の評価を行った。その結果、立体規則性の低いポリマーに比べて、1.7%から3.1%への変換効率の向上が達成された。空間電荷制限電流測定からのポリマー薄膜のホール移動度は、立体規則性ポリマーにおいて3.1×10-10 m2V-1s-1と従来のポリマーの2.2×10-11 m2V-1s-1に比べて一桁向上していた。また、PCBMとの混合薄膜の表面原子間力顕微鏡(AFM)像は、より微細な混合ドメインの存在を示した。これらの要因が複合した結果、高い立体規則性のMDMO-PPVにおける変換効率の向上につながったものと考えられる。本研究ではモノマー設計および重合反応の検討によりMDMO-PPVの結晶性の制御を試み、その有機薄膜太陽電池への応用について検討した。MDMO-PPVは非等価なアルキル鎖を持つため、頭-尾結合が存在し、原理的にレジオレギュラリティーを有する。しかし、従来のGilch反応や2種類のモノマーを用いる通常のHorner-Emmons反応では、反応様式を制御してレジオレギュラーなポリマーを合成することは不可能であった。そこで、新規な非対称モノマーを用いてレジオレギュラーなMDMO-PPV(1)を合成することを試みた。対照として、2種類のモノマーを用いてレジオランダムなMDMO-PPV(2)を合成した。^1H-NMR測定により、ポリマー1が高い構造規則性を有することが確かめられた。1、2の薄膜をスピンコートにより作製し、UV-Visスペクトルを測定したところ、1は2に比べてピークが長波長にシフトし、さらに550600nm付近に吸収の肩が観察された。これは高い構造規則性により薄膜中での分子の結晶性が向上し、共役長の延長、およびポリマー鎖間の相互作用が強くなったためと考えられる。実際にX線回折によって、ポリマー1の結晶構造に由来するピークが観測され、固体中の高い結晶性が示された。また、薄膜中のホール移動度を測定したところ、ポリマー1は2に比べて一桁高い値(3.1x10^<-10>m^2V^<-1>s^<-1>)を示した。これらの結果から、ポリマーの構造規則性を制御することで固体中の構造規則性が向上し、その結果電気的性能が向上したことが示された。最後に、ポリマー1および2とPCBMの混合薄膜を用いて有機薄膜太陽電池を作成した。構造規則性の低いポリマー2では太陽光変換効率1.7%が得られたのに対し、規則性の高い1では3.0%に向上した。ポリマーの高い結晶性によりホール移動度が向上し、電荷輸送効率が改善したためと考えられる。

そこで我々は、MDMO-PPVの1H-NMRスペクトルを詳細に検討し、また新規なモデル化合物を別途合成することにより、PPVの立体規則性の定量的評価法を新たに開発した。その結果、得られた新規MDMO-PPVは完全に立体規則的な構造を有していることが明らかとなった。ポリマー薄膜のX線回折と紫外可視吸収スペクトルから、立体規則性MDMO-PPVは高い結晶性を有することが確かめられた。さらに、このポリマーの有機薄膜太陽電池への応用について検討した。PCBMとのバルクヘテロジャンクションデバイスを作成し、特性の評価を行った。その結果、立体規則性の低いポリマーに比べて、1.7%から3.1%への変換効率の向上が達成された。空間電荷制限電流測定からのポリマー薄膜のホール移動度は、立体規則性ポリマーにおいて3.1×10-10 m2V-1s-1と従来のポリマーの2.2×10-11 m2V-1s-1に比べて一桁向上していた。また、PCBMとの混合薄膜の表面原子間力顕微鏡(AFM)像は、より微細な混合ドメインの存在を示した。これらの要因が複合した結果、高い立体規則性のMDMO-PPVにおける変換効率の向上につながったものと考えられる。
哺乳類における雄のみによる生殖の可能性～精巣内卵細胞が拓く新しい生殖生物学～

MRL/MpJ (MRL)マウスとC57BL/6 (B6)マウスの間で作製したF1の解析から、精巣内卵細胞出現の責任遺伝子は複数存在し、少なくともその内の1つはY染色体上にあることがわかっている。MRLマウスに出現する精巣内卵細胞の出現要因の解析行うため、バッククロス系の作出と観察を行った。具体的に、Y染色体のみがMRLマウスに由来するコンソミックマウス、B6-Y^<MRL>をB6マウスとの間に作出する過程において得られたN2からN8まで、精巣内卵細胞の出現を検証し、精巣内卵細胞は少なくともN8まで出現することを確認した。このことから、精巣内卵細胞はMRLタイプのY染色体のみで出現することが可能であることが推測された。しかし、バッククロス系の精巣内卵細胞出現率は低下していたことから、出現頻度に関する遺伝子は他の染色体上にあると考えられた。精巣内卵細胞は卵巣内卵細胞と類似した形態学的特徴を有し、胎子期に始原生殖細胞から減数分裂・卵細胞形成過程を経て形成されることがわかっている。精巣内卵細胞の配偶子としての機能を卵巣内卵細胞のものと比較・検証するため、精巣内卵細胞の性染色体組成と精子受容能を検証した。生後8日齢の個体から得られた卵巣、および精巣内卵細胞を用いて、FISH法にて性染色体の検出を行ったところ、卵巣内卵細胞はX染色体のみを、精巣内卵細胞はX、Y双方の性染色体を有することが明らかになった。このことから、精巣内卵細胞は性染色体組成がXYの始原生殖細胞から派生し、生後8日齢の時点で、第一減数分裂を終えていないことが示された。また、Sperm-eggfusionassayを用いて生後12日齢の精巣内卵細胞の精子受容能を検証したところ、精子の侵入像が確認された。このことは、精巣内卵細胞は精子に卵細胞と認識され、精子との膜融合に必要な因子を有していることを示している。哺乳類の胎子期における生殖細胞の性分化は雌では減数分裂に移行することによって、雄では有糸分裂のG0/G1期に停止することによって起こり、その結果、雌では卵のみが、雄では精子のみが産生される。しかし、生後間もないMRL/MpJマウスの精巣内において卵細胞が産生されることを発見した。これまでの研究から、精巣内卵細胞は卵巣内卵細胞と類似した形態学的特徴を有し、生後030日まで観察され、その出現頻度のピークは生後14日目に認められることがわかっている。今年度は、まず胎子期の精巣に着目し、減数分裂マーカーであるSYCP3及びDMC1と卵細胞形成マーカーであるNOBOXとFiglaの検出を試みた結果、減数分裂マーカーは胎齢13.5日から、卵細胞形成マーカーも胎齢14.5日から認められた。このことから、精巣内卵細胞は始原生殖細胞から派生し、卵巣内卵細胞と同様の過程を経て形成されることが明らかになった。さらに、精巣内卵細胞出現の要因の究明を行った。MRL/MpJ-+/+、MRL/MpJ-lpr/lpr、C57BL/6、BALB/c、C3H/He、DBA/2、A/J、AKR/Nの近交系マウスと、MRLマウスとC57BL/6の間のF1であるB6MRLF1とMRLB6F1の精巣を検索した。その結果、精巣内卵細胞は2系統のMRLマウスに加えてAKR/NとB6MRLF1にも検出された。F1での解析から、精巣内卵細胞出現の責任遺伝子の1つがY染色体上にあることが明らかになった。Y染色体上の性決定因子であるSryに注目し、近交系マウス間でその遺伝子配列を比較した結果、MRLマウスとAKR/Nに共通してSryのCAGリピートの一部短縮が見られた。また、F1及びAKRにおける精巣内卵細胞の出現頻度はMRLのものと比べると低く、常染色体上にも責任遺伝子の存在が示唆された。

生後8日齢の個体から得られた卵巣、および精巣内卵細胞を用いて、FISH法にて性染色体の検出を行ったところ、卵巣内卵細胞はX染色体のみを、精巣内卵細胞はX、Y双方の性染色体を有することが明らかになった。このことから、精巣内卵細胞は性染色体組成がXYの始原生殖細胞から派生し、生後8日齢の時点で、第一減数分裂を終えていないことが示された。また、Sperm-eggfusionassayを用いて生後12日齢の精巣内卵細胞の精子受容能を検証したところ、精子の侵入像が確認された。このことは、精巣内卵細胞は精子に卵細胞と認識され、精子との膜融合に必要な因子を有していることを示している。
1分子蛍光イメージング法によるmRNA核外輸送メカニズムの解析

真核生物はDNAが蓄えられている核とタンパク質が合成される細胞質が核膜で隔てられている。そのため、mRNAの核外輸送は遺伝子発現の調節機構にとって重要な過程である。申請者らは細胞内の任意の高さで蛍光1分子をリアルタイムに観察できる共焦点顕微鏡システムを組み上げ、mRNAを1分子レベルで生きている細胞内で観察してきた。本年度はこれらの研究を発展させ、より詳細にmRNAの核内運動を解析するとともに、mRNAが核外輸送に先立って受けるスプライシング反応をリアルタイムに観察する技術の確立を行った。1.mRNAの核内運動の観察mRNAの核内における拡散運動を詳細に観察した。mRNAの種類を変え、運動に対するmRNAの長さの影響を調べたところ、長さに応じて拡散速度が遅くなった。また、いずれの長さでもその速度は水中の1/100程度であった。一方、蛍光相関法(FCS)を用いて緑色蛍光蛋白質(GFP)の拡散定数を測定し、細胞核内の粘性を見積もったところ、水中の2.2倍しか高くなっていなかった。また、mRNAには運動しているものと止まっているものがおり、その割合はほぼ同じであった。これらの結果から、mRNAは核内で何らかの構造物と非常にすばやく結合解離を繰り返しながら拡散している可能性が示唆された。2.スプライシングの観察mRNAは転写された後スプライシング反応によって、余分な配列(イントロン配列)が切出され、成熟mRNAとなる。最近の知見によれば、転写とスプライシング、核外輸送は密接に関連している事が示唆されている。そこで、mRNAのエキソン、イントロンを別々の色素で染め分け、プリズム分光法を用いてスプライシングを観察する為の技術を確立した。
過酸化リン脂質分解産物の炎症反応における役割に関する免疫化学的研究

本研究では(1)過酸化リン脂質分解産物に対する特異的抗体の作製、(2)抗過酸化リン脂質分解産物抗体による炎症反応の阻害効果、(3)過酸化リン脂質分解産物の免疫化学的同定法の開発および定量分析への応用、(4)過酸化リン脂質分解産物の代謝調節さの4項目について研究を実施しすることを計画した。1-O-Hexacecyl-2-arachidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholineおよび1-O-Hexacecyl-2-docosahexaenoyl-sn-glycero-3-phosphocholineが脂質過酸化を受けた場合、それぞれ、1-O-Hexacecyl-2-glutaroyl-sn-glycero-3-phosphocholine(GlutaroylPAF)および1-O-Hexacecyl-2-succinoyl-sn-glycero-3-phosphocholine(SuccinoylPAF)に変換される可能性が考えられる。GlutaroylPAFおよびSuccinoylPAFはいずれも洗浄血小板凝集活性を持ち、PAF特異的阻害薬による抑制を受ける。そこでこれらのリン脂質に対する抗体を作製するために、この化合物を合成し抗原として用いた。脂質抗原をニトロセルローズに吸着させたものをフロイント完全アジュバンドと共にウサギ皮下に繰り返し注射したが、ELISA、RIA法で検討した結果では、有為の抗体活性は見出されなかった。そこで、1位アルキル基末端に官応基を導入したリン脂質を合成し、蛋白質へ共有結合させた人工抗原により動物を感作しようと考えている。過酸化リン脂質分解産物の代謝調節に関しては、PAFの不活化酵素であるアセチルハイドロラーゼがGlutaroylPAFおよびSuccinoylPAFを基質とすることに着目して、モルモット腹腔浸出液およびモルモット血清からこの酵素の精製を実施した。酵素比活性はそれぞれ3000倍および4000倍に上昇し、分子量63キロダルトンの糖蛋白質であった。現在、精製酵素に対する抗体を調製中である。
CERNの大型電子陽電子衝突型加速器LEPを用いた新現象の理論的調査研究

本研究が開始された昭和63年度は、我国のTRISTANによる実験が順調に進み、翌平成元年夏にLEPの実験が開始され、現在までにZボゾンの性質が、ほぼ標準模型の予言する通りであることが確認された。この過程で、新しい物理、新現象の究明の為には弱電磁理論の〓射補正をふまえた精密な測定が不可欠であることがますます明らかとなり、我々の研究の方向性の正しさが確認された。初年度及び第二年度の研究課題は、主にQCDジェット現象のより定量的な取り扱い法の開発、そしてニュ-トリノ数測定過程に対する〓射補正の計算等であった。これらの研究成果は全て既に論文として公表され、実際のLEP実験において活用されているばかりでなく、我国のトリスタン実験にも活かされている。最終年度となった本年度には、本研究の最も重要な課題であった弱電磁理論の高次過程の計算法に関する新しい成果が、金子により、CERNの研究者に供された。中心となるのは、摂動計算で必要となるファイマン図を自動的に生成するプログラムで、現在までに1ル-プのレベルでの自動生成が可能となった。数百から数万にも及ぶファインマン図を直接数値的に処理することは因難である為、基本的な2点及び3点項の補正を除いた全体的な構造のみを生成するプログラムが新しく開発された。この点に関する研究成果は現在発表準備中である。一方新現象の研究に関しては、ますますLEPに於ける精密実験の重要性が増大し、新しい物理の効果をも含んだ〓射補正の計算が求められている。萩原はまず、弱電極理論の精密測定に最も有効だと考えられているタウ粒子の偏磁非対称性の測定精度を改良する、理論的枠組みを開発し、その成果をPhys.Lett.誌に発表した。この方法はタウ粒子の崩壊で生成されたロ-メソン偏極測定を利用するもので、現在LEPの実験家によって真剣にその活用が検討されており、更なる改良の可能性についての要望を受けた。次に、現在のところごくわずかに標準模型の単純な予言よりも大きいと思われる、Zボソンの崩壊巾を説明する一つの方法として、超対称性粒子による〓射補正の効果が考えられることを指摘し、結果をやはり、Phys.Lett.誌に公表した。更に詳細にわたる超対称性粒子の〓射補正への効果の総合的な解析が現在進行中であり、近く論文として公表される。
原子分解能でモータータンパク質1分子の運動を測定する

細胞質ダイニンの1分子運動特性を2000年(生物物理学会,山口りさ他)に報告したが,データーを安定して得ることができなかった.昨年,Mallikらは,ダイニンの1分子が細胞内に比べ格段に遅い速度,小さな力,長いステップサイズ(>16nm)をとることを報告した。我々は,これら不安定さや遅い速度が,ダイニンが不活性になっているためと考え、新たに,運動活性の高いダイニンを得るために、ブタ脳細胞質ダイニンを、さらに微小管を用いて精製し、あわせてビーズのコーティング法を改良した。このダイニン1分子の運動特性を、高時間・空間分解能の計測システムにより測定・解析した。その結果、細胞質ダイニン1分子は、ATP濃度によらずprocessiveに微小管上を運動した。最高速度は800nm/sであり、細胞内での速度と一致した。また最大発生力は、7-8pNに達し、キネシンとほぼ同程度であった。さらに、ステップサイズは、負荷によらず常に8nmで一定であった。しかし、ATPに加えてADP存在下では、16nm以上のlarge stepが観察された。時間分解能を上げて解析すると、このようなlarge stepは連続的に起こった8nm stepによるものであることがわかった。本研究により、細胞質ダイニンは、キネシンと大きく異なる構造であるにもかかわらず、同様の力と速度、ステップサイズを持つことがわかった。モータードメイン全体の長さが約30nmもあるダイニンが、規則正しく8nmのステップを刻むことから、キネシンのようなhand-over-handモデルも視野に入れて、メカニズムを考える必要がある。またADP存在下で、協同的なstepを発生したことから、ADPが結合する事により、キネシンとは、異なる機能や制御機構を発生する可能性も示唆される。我々はこれまでに,生体分子モーター1分子の挙動を分析するために,モータータンパク質1分子を直径^-200nmのポリスチレンビーズに結合しレーザートラップを行った.このビーズのレーザー斜光照明像の位置をもとにタンパク質の運動を約2nm,0.1ms分解能で計測してきた.この方法においての,タンパク質に比べて巨大なビーズを用いるために生じる問題点は,(1)モーター分子の運動の初期には運動がビーズの回転に"吸収"されてしまい並進運動が起こらないために,運動の初期を高分解能で計測できないこと,(2)水の粘性のために高時間分解能が得られないこと,であった.その問題を回避するために,小さな粒子でnm, ms分解能で変位を計測できるシステムの開発を行った.今回用いたのは直径98nmのポリスチレン微粒子,80nmの金微粒子と96nmのCdS微粒子である.水中のこれら微粒子を赤レーザーで斜光照明し,散乱された光のみを開口数0.4の100倍の対物レンズに入れ,得られた散乱光の像の重心を4分割センサーにて計測を行った.像の明るさは直径220nmのポリスチレンビーズに対して,98hmポリスチレン微粒子で6%,80nm金微粒子で20%,96nmCdS微粒子で70%であった.スライドガラスに固定した金・CdS微粒子の位置は2nm,0.1ms分解能で測定できた.さらに,微粒子を1064nmレーザーにて光捕捉し,位置を操作することもできた.今回の系をモータータンパク質等の運動解析に利用すれば,回転による並進運動の阻害距離が短くなると同時に,水と粒子との粘性抵抗が小さくなるので時間分解能も向上すると期待される.

細胞質ダイニンの1分子運動特性を2000年(生物物理学会,山口りさ他)に報告したが,データーを安定して得ることができなかった.昨年,Mallikらは,ダイニンの1分子が細胞内に比べ格段に遅い速度,小さな力,長いステップサイズ(>16nm)をとることを報告した。我々は,これら不安定さや遅い速度が,ダイニンが不活性になっているためと考え、新たに,運動活性の高いダイニンを得るために、ブタ脳細胞質ダイニンを、さらに微小管を用いて精製し、あわせてビーズのコーティング法を改良した。このダイニン1分子の運動特性を、高時間・空間分解能の計測システムにより測定・解析した。その結果、細胞質ダイニン1分子は、ATP濃度によらずprocessiveに微小管上を運動した。最高速度は800nm/sであり、細胞内での速度と一致した。また最大発生力は、7-8pNに達し、キネシンとほぼ同程度であった。さらに、ステップサイズは、負荷によらず常に8nmで一定であった。しかし、ATPに加えてADP存在下では、16nm以上のlarge stepが観察された。時間分解能を上げて解析すると、このようなlarge stepは連続的に起こった8nm stepによるものであることがわかった。本研究により、細胞質ダイニンは、キネシンと大きく異なる構造であるにもかかわらず、同様の力と速度、ステップサイズを持つことがわかった。モータードメイン全体の長さが約30nmもあるダイニンが、規則正しく8nmのステップを刻むことから、キネシンのようなhand-over-handモデルも視野に入れて、メカニズムを考える必要がある。またADP存在下で、協同的なstepを発生したことから、ADPが結合する事により、キネシンとは、異なる機能や制御機構を発生する可能性も示唆される。
分子およびクラスターにおける構造転移のメカニズムと非線形力学

本年度は、保存系としてのクラスターの構造転移反応について見い出された、次の事実の物理的原因および機構について集中的に究明した。それは、(1)クラスターが一つの構造(ポテンシャルベイスン)を通過して他の構造に転移する際、そこを通過するのに必要な平均時間(平均通過時間=平均寿命)は、どのベイスンから入ってきてどこへ出ていくのかは関係無く、現在通過中の構造とエネルギーだけで決まること、(2)各構造の平均寿命の分布が、短寿命領域で指数関数分布から著しくずれること、および、このずれ方にポテンシャル関数のトポグラフィーの依存性が顕著に現れること、である。各構造の間の遷移状態のエネルギーは高さは、すべて異なっているので、(1)の結果は化学反応論の常識に正面から反する。また、(2)の事実は、化学反応の統計理論が仮定している「遷移状態領域へのポピュレーションの瞬間的補給」に反している。ここには、(つまり、高エネルギー・多チャンネルの反応には)新しい反応論が必要であることが、強く現われている。我々は、ポテンシャル関数によるダイナミクスの違いに注目しながら、位相空間構造を調べた。結論としては、(1)位相空間には、補足領域と輸送領域が存在して、輸送領域の大きさがカオスによって規定されており、ダイナミクスの複雑性と平均寿命の分布を決めていること、(2)輸送領域の大きさは、ポテンシャルの大域的な形によって決められること、(3)輸送領域における遅い拡散的な振る舞いが、平均寿命の指数関数分布からのずれを生んでいること、等が明らかになった。さらに、これらの解析は、「inter-basin mixing」という新しい混合性の概念に導いた。これは、多ベイスン問題のダイナミクスの基本概念として極めて重要である。
K+チャネルの分解による発現量制御

イオンチャネルの発現量は、合成だけでなく分解によっても制御されている。内向き整流性K+チャネル(Kir2.1)は、心、血管、神経、免疫系に発現し、細胞の興奮性、シグナル伝達に関与するが、分解による発現制御は未解明である。これまで、タンパク分解の研究は、放射性同位元素や、タンパク合成阻害剤が用いられ、invivoでの研究は困難であった。我々は、2種の蛍光タンパク(SNAP-タグ、蛍光タイマー(FT))を用いて、Kir2.1の分解が、同チャネルの発現量(電流量)に応じて変化し、電流量をホメオスタティックに制御していること、並びに、蛍光タンパクを用いたタンパク分解分析法の有用性を明らかにした。我々はこれまでに、293T細胞に発現させた内向き整流性K^+チャネル(Kir2.1)の分解は、同チャネルの発現量および電流量に応じて亢進することを見出し、同チャネルの発現量は、分解によって調節されていることを明らかにしてきた。その過程で、蛍光タンパクを用いてタンパク分解速度を検討する2種の方法を開発した。すなわち、放射性同位元素を用いずに特異的な蛍光色素でパルス・チェイス実験が可能なSNAPタグと、蛍光波長が緑から赤に徐々に変化するため、タンパクの半減期の変化を検出できる蛍光タイマー(FT)を用いたものである。しかし、SNAP-Kir2.1融合タンパクのパルス・チェイス実験の蛍光を、共焦点顕微鏡を用いて細胞ごとに測定すると、蛍光の減弱速度は細胞分裂の影響を受ける。そこで、細胞分裂の影響を受けないSDS-PAGEによって蛍光減弱を測定すると、半減期は17時間であり、顕微鏡観察によるもの(14時間)と差はなく、細胞分裂の影響は少ないことが明らかになった。次に、発現量に応じた分解亢進のメカニズムを探るため、まず、293T細胞を、タンパク合成阻害剤のサイクロヘキシミドで処理すると、Kir2.1チャネルタンパクの半減期の延長と、同タンパクがエンドサイトーシスされずに細胞膜にとどまっていることが認められ、Kir2.1の新規合成がエンドサイトーシス及び分解の引き金となっていることが示唆された。このようにin vitroのデータはほぼそろったため、論文としてまとめ、今後はin vivoの実験に移行する。前年度までに、神経細胞やHEK293細胞で、内向き整流性K+チャネル(Kir2.1)の発現が過剰になると、同タンパク分解の亢進を示唆するデータを得た。この分解調節を検討するため、他タンパクや、in vivoに応用可能な、2つの方法を開発した。特異的な蛍光色素でパルス・チェイス実験が可能なSNAP-tag、及び、蛍光がゆっくり緑→赤に変わる蛍光タイマー(FT)とKirの融合タンパクを、293T細胞に発現させ、SNAPはパルス・チェイスで、FTは蛍光の緑/赤比を指標にして、分解速度の変化を検出できることを明らかにし、Kir2.1の過剰発現による分解の亢進を明らかにしてきてた。平成23年度は、過剰発現による分解亢進が、電流量の増加によって引き起こされことを、野生型と比較して外向き電流が大きいKir2.1の変異体E224Gを用いて検討し、分解速度が野生型より速いことから、タンパク量ではなく、電流量に依存して分解亢進がおこると結論した。また細胞あたりのSNAP蛍光の減少が、細胞分裂によるものではないことを、電気泳動および蛍光イメージングで確認した。次に、in situ、及びin vivoでタンパク分解速度の変化を検出するために、SNAP-Kir2.1、FT-Kir2.1を発現するウイルスベクターを作製した。これらのウイルスベクターを、海馬スライス培養、幼若ラット海馬に注入し、蛍光観察した。しかし、発現レベルがin vitroと比較して低いこと、(恐らくFTドメインの重合のために惹起された)細胞毒性のため、十分な検討が困難であった。そこで今年度は、内在性の発現量が多く、大量の発現が期待されるCaMKIIと、重合せずに単体で蛍光を発するmonomeric-FTとの融合タンパク発現ウイルスベクターを作製し、in vivoでのタンパク分解の検討を継続する。前年度までの研究で、K+チャネルの分解が発現量に応じて変化することを、SNAPタグ、蛍光タイマー(FT)を用いて明らかにしてきた。これを機能的なチャネル量という点から裏付けるため、発現量が多いCMVプロモーターと、少ないSV40プロモーターを用いて、SNAP-Kir2.1を293Tに発現させ、全細胞記録によってKir電流を測定し、電気生理的に検討した。遺伝子導入24時間後には、CMVプロモーターの方が、Kir2.1電流が大きかったが、48時間後には差はなくなり、発現量に応じてKir2.1チャネル分解が変化していることが裏付けられた。in situ及びin vivoで検討するため、FT-Kir2.1を発現するレンチ

ウイルスベクターを作製し、ラット海馬(in vivo)と培養海馬スライス(in situ)に注入した。In vitroで観察できたFTの蛍光は、in vivoやin situでは自家蛍光のため検出困難であった。ニューロンでの発現量が多いカルシウムカルモジュリンキナーゼ(CaMKII)とFTの融合タンパクも作成し、培養スライスに発現させたが、同様に検出困難であった。次に、レンチウイルスベクターでSNAP-Kir2.1をin situで発現させ、SNAPタグ特異的に共有結合する蛍光色素SNAP-cell-TMR-Starによってパルスラベルしたところ、神経細胞の細胞体、樹状突起に蛍光が認められ、in situでの蛍光タギングに成功した。in vivoタギングのために、ラット海馬にレンチウイルスベクターを注入し、SNAP-cell-TMR-Starを注入したが、蛍光陽性細胞は認められなかった。発現量が多いシンドビスウイルスベクターで融合タンパクを発現させても、改善は認められず、蛍光色素のdeliveryに問題があることが示唆された。将来の課題が明らかになった。情実の通り、ウイルスベクターでは、発現レベルが低い、毒性が認められたことから、計画より、やや遅れている。24年度が最終年度であるため、記入しない。in situ、in vivoでの発現を成功させるために、発現ベクターの変更、Kir2.1以外のタンパクと蛍光タンパクを融合させることを試みる。
共鳴多光子イオン化法を用いた有害微量成分の実時間分析とその大気への影響の評価

人間活動に伴い放出される有害微量成分のうち芳香族炭化水素について、共鳴多光子イオン化法にて高速・選択的・高感度に直接分析し、発生源放出特性の詳細な把握と大気環境への影響評価を試みた。自動車排気では、揮発由来成分と燃焼由来成分で排出挙動が大きく異なることを秒単位で捕捉した。塗装からの放出では、ベンゼンなど高揮発性成分の影響が、塗布直後に重大であることを実験的に確認した。1秒値相関解析の短時間現象への有効性を示した。本研究は、共鳴多光子イオン化法を用いた分子選択的な実時間分析によって、揮発性有機化合物(VOC)など有害成分の各種発生源からの放出特性を詳細に把握し、大気環境への影響評価に活用することを目指す。申請時の研究計画にしたがい、平成19年度には以下のことを実施した:(1)2台のレーザー光源を同期制御し、複数成分の同時・連続的な実時間分析を実現した。試験的に、原付排気のベンゼンとトルエンを同時に実時間分析した。その結果、両成分間に非常に高い相関が見られ、放出過程の類似性を確認した。発生源での複数成分同時分析と相関解析により、放出特性に関する知見が得られると期待される。(2)多様な成分・発生源について、個別に放出特性を調査した。発生源として、原付排気、自動車排気、塗料や溶剤からの蒸気、たばこの煙、の各試料を試験した。成分としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、クレゾールを中心に、実時間・分子選択的に定量分析した。その結果、分析を行った発生源および成分ごとの濃度と放出フラックスについて、平均値だけでなく秒単位での詳細な変動も捕捉した。異性体ごとの秒単位の濃度変動など、従来法では把握できなかった正確・詳細な放出特性データを得られた。次年度(20年度)には、得られた放出特性データを詳細な相関解析および環境影響評価に活用し、条件(発生源の種類、車の運転状態や塗料の塗り方など)と環境影響の関連を調べる。これにより、環境面から優先的に対策すべき課題を判定するための知見が得られると期待される。本研究は、共鳴多光子イオン化法を用いた分子選択的な実時間分析によって、揮発性有機化合物(VOC)など有害成分の各種発生源からの放出特性を詳細に把握し、大気環境への影響評価への活用を試みた。前年度までの成果(レーザー2台の同期制御による2成分同時共鳴分析法の確立、実際の発生源・成分の分析試験)をベースとして、本年度は以下の研究を実施した: (1)2成分同時共鳴分析、多成分同時非共鳴分析、再現性の高い個別成分分析の繰り返し、のいずれかによる測定結果を用いて、成分間の相関を解析した。(2)大気ラジカル(OH, NO3など)との反応性、およびオゾン生成能MIRの視点から、各発生源・成分・条件等に対して環境影響評価を試みた。その結果、(a)自動車排気では、揮発由来成分と燃焼由来成分で排出挙動が大きく異なることを秒単位で捕捉した。特に、フェノールの挙動が他のベンゼン類と大きく異なることが特徴的であった;(b)塗装からの放出の変動を秒単位で追跡した結果、ベンゼンなど高揮発性成分の影響が、塗布直後に重大であることを実験的に確認した;(c)自動車排気VOCは、ラジカル反応性やオゾン生成能に関しては、高速走行時の環境影響が特に大きいことを確認した;(d)暖機状態の自動車では、アイドリング停止はVOCによるオゾン生成などの影響を抑えるのに有効であることが示された。以上のように、共鳴多光子イオン化法を活用した実時間分析は、きめ細かい排出対策のための知見を得るのに有効であることが示された。今回調べたところでは、高速走行時の自動車排気の対策が特に重要であると考えられる。
IL-17シグナリングを標的としたアクチビンの炎症性関節破壊治療への応用

IL-17による炎症性関節破壊に対する修飾作用の検証に先行して、アクチビン単独刺激が破骨細胞分化に及ぼす影響について検討した。RANKLにより誘導される破骨細胞分化やアクチンリング形成、および骨吸収活性はアクチビン添加により有意に亢進した。また、破骨細胞分化マーカーであるcathepsin K、OC-STAMP、MMP9遺伝子の発現誘導もアクチビンの添加により亢進した。この分子メカニズムとして、アクチビンが破骨細胞前駆細胞内のsmad2/3とc-fosの相互作用を介して、破骨細胞破骨細胞分化のマスター転写因子であるNFATc1の発現を亢進することを証明した。アクチビンによる軟骨分化の調節機構の解明に際して、ITSおよびアスコルビン酸で軟骨分化誘導を行ったマウス前軟骨細胞株ATDC5におけるシグナルタンパクの動態を検証した。その結果、ATDC5の軟骨分化にExtracellular Signal-regulated Kinase(ERK)シグナルの活性化阻害とPhosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Aktシグナルの活性化亢進の両者が関与していることが見出された。平成28年度は、未だ不明な点の多いATDC5の分化に関連する細胞内シグナリング経路の同定を中心に研究を展開した。その結果、ERK及びPI3/Aktを介するシグナルの関与を明らかにすることができた。この結果をベースに平成29年度以降、アクチビン刺激により活性化されるシグナリングとのinteractionを中心とした解析を行う。同時に、関節内の代謝や病態形成に関与する破骨細胞に対しても、アクチビンはその分化を亢進することを見出した。さらに、分化亢進のメカニズムのkey moleculeとして、c-fosおよびNFATc1の関与を強く示唆する結果を見出した。現在、タンパクレベルの解析を中心としたメカニズム解析を継続中である。以上の結果は、未解明な点が多い骨・軟骨代謝に対するアクチビンの機能を明らかにしていく上で興味深い結果であると言える。こうした観点から、当該研究の進捗状況については、おおむね順調に進展していると考えられる。IL-17による炎症性関節破壊に対する修飾作用の検証に先行して、アクチビン単独の骨軟骨代謝に及ぼす影響を検討した。まず、軟骨細胞の分化に関して、アクチビンの添加により、マウス前軟骨細胞株ATDC5の軟骨分化が抑制されることを見出した。さらに、その分子メカニズムとして、細胞内シグナルタンパクであるExtracellular Signal-regulated Kinase(ERK)の活性化阻害とPhosphoinositide 3-kinase(PI3K)/Aktの活性化亢進の両者が関与していることが見出された。このアクチビンによる破骨細胞分化の正の制御に関する分子メカニズムについて、検討したところ、アクチビンは破骨細胞前駆細胞上の受容体との結合を介して、細胞内シグナルタンパクsmad2/3を活性化し、smad2/3とc-fosの会合を誘導することを見出した。その結果、smad2/3とc-fosの相互作用により、破骨細胞分化のマスター転写因子であるNuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic1 (NFATc1)の発現が亢進することを証明した。以上から、アクチビンは骨・軟骨分化の修飾能を有することが強く示唆された。今後、IL-17存在下の炎症性関節破壊モデルに対する検討を行い、関節リウマチや変形性関節症におけるアクチビンの生物学的機能について検証を加えたい。ATDC5分化に関しては、ERK、PI3/Aktに加え、Wnt/βcateninシグナルの関与について解析を追加する。軟骨分化への関与が強く疑われたシグナリングに関しては、選択的阻害剤を使用し、分化誘導後、real-time RT-PCR法による軟骨分化マーカー発現への影響、アリザリンレッド染色やアルシアンブルー染色による軟骨器質の評価を行っていく。一方、破骨細胞分化に関しては、アクチビンと受容体を介したsmadを中心としたシグナリング経路がRANKLによるc-fosおよびNFATc1の発現誘導に与える影響を中心に各種阻害剤を用いてタンパクレベルの解析を展開していく。医歯薬学物品費支出に関して、小型超音波ホモジナイザーなどの設備備品を共同使用することができ、消耗品の支出のみとなったことが理由として考えられる。細胞培養関連、Westernblotting関連の試薬の使用が見込まれるので、そのような試薬購入に使用する予定である。
暗黒物質の宇宙論的進化と性質の解明

暗黒物質は標準理論を超える物理の明白な証拠であるが、その正体は未だわかっていない。しかし、暗黒物質は非相対論的物質として宇宙の構造形成で重要な役割を果たすこと、標準理論粒子との相互作用が弱いこと、非常に長い寿命を持つことが実験や観測によって明らかになっている。暗黒物質の有力候補としてWIMPs(Weakly Interactive Massive Particles)が知られているが、未だに加速器実験や直接探索実験で発見されていない。本年度の研究では、隠れたセクターにおけるモノポール暗黒物質に注目して研究をおこなった。モノポールは隠れたセクターにおける対称性の自発的破れに伴って生成されるトポロジカルな欠陥であり、その安定性は残った隠れたU(1)によって保証される。隠れたモノポールは暗黒物質として必要な安定性を持っているものの、標準理論との相互作用が存在しないため、実験や観測による検証が難しい。そこで本研究では、アクシオンが標準理論と隠れたセクターをつなぐポータル模型について考察をおこなった。具体的には、モノポール暗黒物質の核子との散乱断面積に対する直接検出実験からの制限と、ビームダンプ実験によるアクシオン探索の双方を調べ、将来実験によって双方からの発見が可能なパラメータ領域を絞り込むことに成功した。また、モノポール暗黒物質同士は相互作用をするため、宇宙の小スケールにおける構造形成の問題を解決できる可能性を秘めていることもわかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。アクシオンは、暗黒物質の有力な候補であり、強いCP問題や超弦理論の観点からも注目されている。現在、様々なアクシオン探索実験が進行・計画中であり、アクシオン模型の構築や、実験に対する理論予言をおこなうことは重要である。今年度は、アクシオン暗黒物質に関して研究をおこない、その成果として3つの論文を発表した。まず、アクシオンが媒介する長距離力に関する研究をおこなった。アクシオンが媒介するスピン間相互作用はdipole-dipoleポテンシャルで表され、その符号は相互作用が引力か斥力かを表す。本論文では、多くの過去の文献で用いられているポテンシャルの符号に誤りがあることを指摘した。次に、インフレーションと暗黒物質を同時に説明できるアクシオン模型を提案し、その宇宙論を調べた。そして、インフレーションと再加熱、暗黒物質の全てを説明できるパラメータ領域が存在することを示した。また、その領域は将来の太陽アクシオン探索実験で調べられる範囲にあり、実験的観点からも興味深い結果が得られた。最後に、QCDアクシオンを含む大統一理論の模型を提案した。隠れたセクターを考えることで、SU(5)大統一理論が可能になることが知られている。今回の研究では、QCDアクシオンをこの理論に自然に導入できることを示した。また、力の統一を要請することで、QCDアクシオンと光子間の結合定数が、通常のモデルに比べてO(100)倍まで大きくなることを明らかにした。これにより我々のモデルにおけるQCDアクシオンのパラメータ領域は、将来実験で探索できることがわかった。初年度は「2つのコサインポテンシャルを持つアクシオン暗黒物質」と「隠れたセクターを持つ模型」の宇宙論を調べることを計画していた。本年度は、2つのコサインポテンシャルを持つアクシオン暗黒物質がインフレーションも説明できることを示しただけでなく、隠れたセクターを導入することで、QCDアクシオンを含む大統一理論の構築に成功した。したがって、当初の計画以上に発展したと言える。まず計画通り、複数のコサインポテンシャルを持つアクシオンについて研究をおこなう。また本年度に構築した大統一理論の模型は、当初の予想以上に興味深い性質を持っており、超対称性や余剰次元などの観点から調べてみる予定である。
社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じた相互作用と都市・地域の空間構造

本研究では,社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じた社会的相互作用の空間波及メカニズムを解明し,都市・地域システムとの関係について理論的に明らかにした.具体的には,社会的ネットワーク上でつながり(リンク)を持つ主体どうしが対面交流を通じて情報や知識の交換及び創造を行う状況を想定し,対面交流に伴う社会的外部効果がどのように空間的に波及するか,都市・地域の空間構造に及ぼす影響について明らかにした.その上で,社会的に望ましい交通ネットワーク整備・管理のあり方について政策的な観点から分析を行うとともに,理論分析で明らかとなった主体間の地理的距離と社会的距離の関係について実証分析を行った.本研究の目的は,社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じた社会的相互作用の空間波及(spillover)メカニズムを解明し,これらのネットワークと都市・地域システムとの関係について理論的に明らかにすることである.H25年度は,「サブテーマA:社会的相互作用の空間的波及メカニズム」として,社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じて主体同士が対面交流を行うことによって,社会的相互作用が空間的にどのように波及するかについて,そのメカニズム及びパターンに関する分析を行い,以下の成果を得た.1.交通混雑が存在しないケースにおいて,社会的ネットワークの成長及びコミュニケーションを通じた主体間の相互作用の強度の増加はともに,任意の主体間の均衡における対面コミュニケーション需要を増加させること,交通ネットワーク整備によって少なくとも1組の主体のペアについて交通費用が減少するならば,任意の主体間の均衡における対面コミュニケーション需要は増加すること,また,両者ともその結果として全ての主体について厚生が改善することを解析的に明らかにした.さらに,Nash均衡における対面コミュニケーション水準は,社会的最適水準よりも過少で非効率的であり,単位あたりの活動に適切な水準の補助金を与えれば,補助金政策下での均衡状態として社会的最適状態が達成されることを解析的に明らかにした.2.交通混雑が存在するケースにおいて,均衡解及び社会的最適解を導出し,税・補助金政策の有効性について検討を行った.数値事例を通じて,混雑の存在が中心的な主体への交流集積度を高めること,知識の集積と活発なコミュニケーションによるスピルオーバーを促す政策が望ましいことを明らかにした.本研究の目的は,社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じた社会的相互作用の空間波及メカニズムを解明し,都市・地域システムとの関係について理論的に明らかにすることである.平成26年度は,昨年度構築した分析枠組みを発展させ,社会的ネットワーク形成の内生化(サブテーマC),及び立地選択の内生化(サブテーマB+C)を行った.得られた研究成果を以下に示す.1)社会的ネットワーク形成の内生化(サブテーマC)主体が社会的ネットワークのリンク形成とリンクでつながる相手との対面交流水準を同時に決定する状況をモデル化し,空間内においてアクセシビリティの高い主体ほどより高密度の社会的ネットワークを形成し,より活発に交流活動を行うことを示した.また,交通ネットワークの位相幾何学的構造が社会全体の交流活動水準や厚生に及ぼす影響を明らかにした.2)社会的ネットワーク形成及び立地選択の内生化(サブテーマB+C)1)の設定に加え,主体が立地選択を行う状況をモデル化した.立地費用の水準に応じた立地均衡パターンを明らかにした.さらに,交通費用及び社会的ネットワークのリンク形成費用の低下が中心地への集積度を減少させ,都市内立地分布を分散化することを示した.また,その際の社会厚生への影響についても分析を行ない,数値計算を用いて,交通費用の低下が却って社会厚生の悪化をもたらす可能性を示した.上記の成果については,国内学会及び国際学会で発表を行った.また,2)の成果については,査読付き学術論文集に投稿済みである.本研究の目的は,社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じた社会的相互作用の空間波及メカニズムを解明し,都市・地域システムとの関係について理論的に明らかにすることである.H27年度は,これまでに構築した理論的枠組みを基礎として,(A)コミュニケーション外部性と混雑外部性を同時に考慮した次善の交通政策分析,(B)企業間取引ネットワークが企業集積に及ぼす影響に関する実証分析を実施した.(A)では,まず,2地域からなる都市空間上で,社会ネットワーク上でつながりを持つ主体同士が都心のミーティング施設を訪問することによってコミュニケーションを行う状況を想定し,システム全体としての均衡における主体間のコミュニケーション水準を解析的に導出した.その際に交通混雑を考慮し,最善政策および政策代替案について検討した.最善政策の実施に必要な社会的ネットワークに関する私的情報が政府にとって入手困難であることを指摘した上で,社会ネットワーク情報を用いない逐次的な次善政策によって,長期的に社会的最適状態を達成し得ることを示した.(B)では,理論研究で明らかとなった主体間の地理的距離と社会的距離の関係について,企業間取引ネットワークを対象に実証した.具体的には,某K市に立地する約1000企業を対象とする分析の結果,取引ネットワークにおいて中心的な企業ほど,地理的に中心的な場所に立地すること,また,ある企業の社会的距離指標が1標準偏差だけ変化したとき,当該企業と他企業との平均地理的距離が0.24(739m)減少する(より集積地に立地する)ことが明らかとなった.上記の成果については,国内学会で発表を行った.また,(A)の成果については,査読付き学術論文集に投稿済みである.本研究では,社会的ネットワーク及び交通ネットワークを通じた社会的相互作用の空間波及メカニズムを解明し,都市・地域システムとの関係について理論的に明らかにした.具体的には,社会的ネットワーク上でつながり(リンク)を持つ主体どうしが対面交流を通じて情報や知識の交換及び創造を行う状況を想定し,対面交流に伴う社会的外部効果がどのように空間的に波及するか,都市・地域の空間構造に及ぼす影響について明らかにした.

その上で,社会的に望ましい交通ネットワーク整備・管理のあり方について政策的な観点から分析を行うとともに,理論分析で明らかとなった主体間の地理的距離と社会的距離の関係について実証分析を行った.H26年度は,社会的ネットワーク及び交通ネットワークと都市・地域の空間構造(サブテーマB)と交通ネットワークの位相幾何学的構造と社会的ネットワーク形成(サブテーマC)について分析を行い,上述の結果を得ていることからおおむね順調に進展していると言える.なお,サブテーマBの立地均衡モデルの構築・解析の一部については,既にH25年度に先行して実施している.本年度は,立地選択と社会的ネットワーク形成を同時に考慮した2地域統合モデルの構築・分析を行い,上述の通りその成果を国内査読付き学術論文集に投稿済みである.土木計画学・交通工学当初計画通り,サブテーマB,Cについて政策的な観点から分析を進めていく予定である.これまでに構築した分析枠組みを用いて,社会的外部性,立地外部性をそれぞれ内部化する政策及びこれらの混合政策の政策シナリオに対する分析・考察を実施する.また,社会的に望ましい交通ネットワーク整備のあり方,次善政策としての交通リンクへの課税・補助金政策,容積率規制,都市成長境界制度の効果に関する分析・考察を行い,これまでの結論と併せて得られた学術的知見及び政策的含意を整理し,研究の総括を実施する.H25年度中に社会的相互作用の空間的波及メカニズム(サブテーマA)に関する分析を行い,上述の成果を得ていることから,当初の計画通り進展していると言える.購入予定だった物品(図書)の納期が年度内に間に合わないため,購入を次年度に持ち越した.当初の計画通り,交通ネットワーク及び社会的ネットワークと都市・地域の空間構造(サブテーマB)及び交通ネットワークの位相幾何学的構造と社会的ネットワーク形成(サブテーマC)について同時並行的に分析を行う.サブテーマBについては,[B1]立地均衡モデルの構築・解析として, (B1-1)土地市場を考慮した立地均衡モデルの構築,(B1-2)立地均衡モデルの求解アルゴリズムの開発と数値解析,(B1-3)立地均衡解の分析及び考察を行う.サブテーマCについては,[C1]:社会的ネットワーク形成を内生化したモデルの分析・考察として,(C1-1)対面交流とリンク形成を同時に扱うモデルの構築・解析,(C1-2)解の特性に関する経済学的考察を行う.購入予定の物品(図書)の代金に充てる.
有機炭素30ppmに挑む：普及型技術のみで遠洋性チャートの同位体比分析は可能か?

有機炭素について,一般的な手法(元素分析装置直結型質量分析法)でその炭素同位体比を分析する場合,炭素換算で約50マイクログラム程度の試料が必要である.これをできるだけ減らし,微量の試料で分析することを目標の一つに設定した.特に,炭素の含有量がわずかしかない試料の場合,50マイクログラムの炭素を得るためには,濃縮をしない場合は大量の粉末資料が必要となる.例えば,0.01%の炭素含有量の場合,0.5グラムの試料を導入しなければならないが,一般の元素分析装置では一度に燃焼できる試料量としては多すぎる.従って,通常法では0.01%以下の試料の分析には技術的困難が伴った.そこで本研究では,通常法でどこまで炭素含有量が小さいものまで炭素同位体比が測定できるのか,を理解し,炭素含有量が少ない試料をいかに分析するのかを探究した.まず,標準試料の元素分析装置への導入量を減らして複数回測定し,どこまで装置の安定性が維持できるかを確認した.その結果,通常の20%程度(炭素換算で約10マイクログラム)未満になると,大きく分析結果がシフトし,安定性が悪いものの,炭素10マイクログラムまでは0.3‰程度の標準偏差の範囲内にとどまる事が解った.従って,炭素10マイクログラム程度を得ることができれば,標準試料も10マイクログラムに減らして試料と交互に3回程度測定することで実用的な結果を得ることができる事が分かった.一方,どの程度の粉末試料までなら含有炭素を完全に燃焼させて妥当な炭素同位体比を得られるかも検討した.炭素同位体比既知の標準試料を燃焼済の海砂粉末で希釈し,どの試料量までなら同位体比値が再現性を保つか,どこまで多量な試料を一度に元素分析装置に導入可能かを検討した結果,導入法を工夫することで100ミリグラムまでは再現性を担保できた.従って今回確認した手法で0.01%程度の試料まで分析が可能である.チャートで代表される極めて有機炭素に乏しい岩石は,全岩で有機炭素の同位体比を分析することが困難である.このことを解決し,ルーチンワークで有機炭素同位体比を測定するため,複数の手法の検討を始めた.まず,機器の改造である.有機炭素同位体比を分析するためには有機物を燃焼させて二酸化炭素に変換した後にヘリウムで連続フローとして押し流す形で質量分析装置へと導入するが,その際に既存の元素分析装置を用いるのが通常のシステムである.既存の元素分析装置はデッドスペースが大きいため,二酸化炭素がヘリウム中に分散してしまいピークが小さくなってしまうことが微量分析が困難になる要因の一つである.これを解決するには燃焼管や接続パーツなどの内径を小さくするなどすればよい.次年度にそれを実際に試すための設計図を作成した.もう一つの手法は,全岩で分析するのではなく,フッ酸処理を施したうえで分析することである.質量分析装置は敏感であり,酸には弱い特徴を持つため,酸の除去が完全にできているかどうかが重要である.本年度は蒸留ラインを工夫し,酸除去のためのフィルターとして工業的に利用される特殊な活性炭を吸着剤として使用するアイデアを構築し,来年度以降に実験する手はずを整えた.また実際の分析では二酸化炭素はごく微量で分析することになるが,装置の測定限界(分析に必要な最低量)の確認を行った.実際にチャートの同位体分析を行った研究例をレビューし,どのように分析値が影響を受けるのか等について総括し,日本地質学会の招待講演として発表した.装置の設計に時間がかかったこと,パーツの選定,吸着剤の選定にも時間がかかったこと,またこれを入手する方法を検討することに時間を要したことなどが原因である.また現状の質量分析装置の測定限界,通常の分析手法による測定可能な下限量の見積もりなどにも時間が取られた.有機炭素量(TOC)をわずか30ppm程度しか含んでいない遠洋性チャートのような岩石は,果たして有機炭素の同位体比を測定して,それを層序学的に応用できるのか?層序対比の補助ツールとして用いられてきた炭素同位体比層序を,遠洋性チャートに応用することによって日本などチャートが広く分布する地域での古海洋研究を格段に進展させることを目的として本研究を行ってきた.100ppm程度の有機物含有量があれば,導入カップ(錫箔)の工夫,標準試料の量を調整する,標準試料の分析数を増やして誤差の評価を厳密に行う,標準試料の量を変え,補正用の回帰直線を作成する,などの手法で十分分析することが可能であることが判ってきて,実際の分析に既に応用している.一方,有機炭素含有量が30ppmのものについては,まだ分析が実現できていない.分析を実現するために,現時点で2つの方向性を検討している.まず1つめは分析装置の設備(元素分析装置部分)を専用に改造することである.デッドスペースをできるだけ少なくする方向で,JAMSTECの前例に従って燃焼管を特殊なものに置き換えして,還元管と統合するという戦略であるが,装置の汎用性を保つため,燃焼管の置き換え以外の改造は行わず,どこまで試料量を減らせるかを検討していく.また,2つめとして岩石粉末に弗酸処理を施して有機物を濃縮し,機器にダメージを与えないような活性炭を用いた処理を施したうえで装置に導入することで分析が可能になると考えている.これについては30年度に特に優先して進める予定である.100ppmまでは既存の装置を改造せずに分析できることが判ったことは重要だが,目標の30ppmをルーチンワークとして分析できるようにはまだなっていない.