hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蛍光プローブライブラリーを用いた癌イメージング蛍光プローブの創製と創薬への展開

昨年度開発したカルボキシペプチダーゼ活性検出蛍光プローブは、確かにカルボキシペプチダーゼA(CPA)およびカルボキシペプチダーゼB(CPB)の活性をactivatableに検出することが可能であったが、反応点を2点有し感度・定量性に乏しい、S/N比が最大で80倍に留まる、といった欠点を有していた。実際にカルボキシペプチダーゼを発現している生細胞に開発したプローブを適用してもその活性をライブイメージングすることは達成できず、ライブラリー構築に基づく疾患イメージングへと展開していくためには、さらに高感度にカルボキシペプチダーゼ活性を検出可能な新たなプローブの分子設計が必要であることが明らかとなった。そこで本年度は、プロドラッグ分野で近年注目されているProTide誘導体の特徴的な活性化機構を応用し、カルボキシペプチダーゼによるプローブの代謝によって生成したカルボキシレートによって分子内反応が起こり、これにより蛍光団が放出される新たなプローブのデザインを考案した。考案したデザインに基づきプロトタイプの合成、評価を行ったところ、プローブとして機能する一方、生理的条件下での安定性が問題となることが明らかとなった。そこでリン原子上置換基の最適化を行ったところ安定性が向上し、優れたプローブの開発に成功した。この最適化されたプローブを用いることで生細胞のカルボキシペプチダーゼ活性のライブイメージングが可能であり、さらに乳がん検体におけるカルボキシペプチダーゼ活性のイメージングにも成功した。このことは本研究課題の大きな目標であったアミノペプチダーゼ活性とは別の酵素活性のライブイメージングに基づく、新たながんイメージングの実現に向けて非常に大きな進展を与えるものと考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、がんイメージング蛍光プローブの効率的開発のためのプローブライブラリーの拡張に向けた研究を行った。具体的には、当初糖加水分解酵素を標的としたプローブライブラリーの構築を予定していたが、1)ライブラリー化の際に基質の多様性を出しやすいこと、2)がんへの関与が数多く報告されていること、3)様々なサブタイプが存在すること、といった観点から標的酵素群をカルボキシペプチダーゼに変更した。そこでその活性を検出する蛍光プローブのライブラリー創製を指向し、アクチベータブル型カルボキシぺプチダーゼ活性検出プローブの分子設計法の確立を行った。カルボキシペプチダーゼの活性検出蛍光プローブは、1酵素に基質として認識されること、2酵素反応前後で蛍光が増大すること、の2点が必要である。前者は、既存のカルボキシペプチダーゼの標準基質であるヒプリルアミノ酸構造を蛍光団近傍に組み込むことで基質として認識されることを狙うこととした。後者は、プローブは基質であるアミノ酸が結合した状態において消光しており、酵素反応によって蛍光が回復する、という特性を有する必要がある。この酵素反応によって起こる化学構造の変化は、蛍光団側から見ると「アミド→カルボキシレート」の構造変化に対応する。一方で、この構造の変化で引き起こされる電子求引性の変化は小さく、ダイナミックな蛍光増大へと繋げることは難しいことが予想された。そこで、この電子求引性の変化を、分子内スピロ環化平衡の変化へと変換することでこの問題を解決できるのではないかと考えた。上記の仮説に基づき、分子内スピロ環化平衡を引き起こす蛍光プローブのデザイン、合成、および光学特性の評価を行った。検討の結果、分子内求核基を最適化することで望ましい光学特性を有する誘導体の取得に成功し、この構造を基に2つの酵素に対するアクチベータブル型蛍光プローブの開発に成功した。当研究課題における目標の一つはプローブライブラリーを基盤としたがんイメージングプローブの効率的開発である。本年度確立したアクチベータブル型のカルボキシぺプチダーゼ活性検出蛍光プローブの分子設計法は、今後蛍光プローブライブラリー構築への展開が可能であり、この目的に対して大きく貢献することが予想される。また、これまでカルボキシぺプチダーゼの活性を生細胞・臨床検体でライブ検出した例はほとんどないため、開発したプローブを用いて新たな生物学的知見も得られることも期待できる。以上より、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。本年度は、昨年度に見出していたカルボキシペプチダーゼ(CP)に対するアクチベータブル蛍光プローブの分子設計法の改良および開発したプローブを用いたイメージングに取り組んだ。分子設計法の改良においては、求電子種であるキサンテン環の電子を欠損させることで求電子性を上昇させることを指針とした。種々の誘導体展開と光学特性の精査を行ったところ、キサンテン環の2,7位にクロロ基を有する誘導体が、生理的条件下において更なるS/Nの向上が期待できる設計であることが明らかとなった。そこでこの誘導体に基質部位としてフェニルアラニンおよびアルギニンを有する化合物を合成し、脂溶性アミノ酸を基質として好むカルボキシペプチダーゼA(CPA)、塩基性アミノ酸を好むカルボキシペプチダーゼB(CPB)とそれぞれ反応させたところ、開発したこれらの化合物は双方とも酵素によって基質として認識され、それぞれ23倍、80倍の蛍光上昇を起こすことを見出した。これは昨年度報告した誘導体のS/Nである13倍、23倍と比較して優れたものであった。次に開発したプローブを用いた膵液漏イメージングへの応用を行った。CPAおよびCPBは、前駆体であるproCPAおよびproCPBとして膵液中に存在することが知られている。

そこでまずin vitroの系において、前駆体を活性化するトリプシンを添加することで膵液中のCP活性が検出可能であることを確かめた。この結果を基に、本プローブが膵液漏イメージングに応用可能であるかを検討するため、マウスから臓器を取り出し、膵臓を切断した状態でプローブとトリプシンの混合液を散布したところ、膵臓切断部位からのみ経時的な蛍光の上昇が観測され、阻害剤を用いた場合や膵臓を切断しなかった場合では蛍光上昇は見られなかった。この結果は、開発したプローブが膵液漏検出に適用可能であることを示唆するものである。当研究課題の遂行に必要不可欠な、疾患における特徴的な酵素活性を検出可能な新たな蛍光プローブの開発に成功し、イメージングによる疾患診断の可能性を十分に示す結果を得られたため。また、本年度開発した分子設計法が、上述したフェニルアラニンやアルギニン以外のアミノ酸にも適用可能であることを確かめており、蛍光プローブライブラリーの創製に向けて順調に進展していると判断している。昨年度開発したカルボキシペプチダーゼ活性検出蛍光プローブは、確かにカルボキシペプチダーゼA(CPA)およびカルボキシペプチダーゼB(CPB)の活性をactivatableに検出することが可能であったが、反応点を2点有し感度・定量性に乏しい、S/N比が最大で80倍に留まる、といった欠点を有していた。実際にカルボキシペプチダーゼを発現している生細胞に開発したプローブを適用してもその活性をライブイメージングすることは達成できず、ライブラリー構築に基づく疾患イメージングへと展開していくためには、さらに高感度にカルボキシペプチダーゼ活性を検出可能な新たなプローブの分子設計が必要であることが明らかとなった。そこで本年度は、プロドラッグ分野で近年注目されているProTide誘導体の特徴的な活性化機構を応用し、カルボキシペプチダーゼによるプローブの代謝によって生成したカルボキシレートによって分子内反応が起こり、これにより蛍光団が放出される新たなプローブのデザインを考案した。考案したデザインに基づきプロトタイプの合成、評価を行ったところ、プローブとして機能する一方、生理的条件下での安定性が問題となることが明らかとなった。そこでリン原子上置換基の最適化を行ったところ安定性が向上し、優れたプローブの開発に成功した。この最適化されたプローブを用いることで生細胞のカルボキシペプチダーゼ活性のライブイメージングが可能であり、さらに乳がん検体におけるカルボキシペプチダーゼ活性のイメージングにも成功した。このことは本研究課題の大きな目標であったアミノペプチダーゼ活性とは別の酵素活性のライブイメージングに基づく、新たながんイメージングの実現に向けて非常に大きな進展を与えるものと考えられる。来年度は、本年度確立した分子設計をもとにカルボキシぺプチダーゼ活性検出蛍光プローブのライブラリーの構築を行う。その後、現在所有するアミノペプチダーゼ活性検出蛍光プローブライブラリーを含めて、様々な臨床検体に対して大規模スクリーニングを実施することで、新たながんイメージングプローブの開発を行う予定である。
超高磁場MRI/Sの臨床実用化の研究

磁気共鳴スペクトルは非侵襲的で組織内の生化学的物質の測定ができるとして最近の臨床用装置でも測定が可能になってきた。しかし、現在の装置の磁場強度では測定対象核種や、感度に限界があり、必ずしも十分その能力が活かされているといえない。この解決の為には、より高い磁場の装置を用いることが必要とされるが、わが国では、いまだMRSを十分理解して活かせる施設が少なく、しかも超高磁場のような莫大な装置を導入できる研究基盤がない。我々は、この問題を鑑み、超高磁場MRI/Sの臨床応用をめざしてこの分野での先進国である米国のグル-プとの国際共同研究をおこない、その開発応用を実用化することを目的とし、平成2年度より研究を開始した。はじめに必要であったことは、MRSの方法論の確立であった。従来の磁場強度の装置でも充分な測定方法は完成されておらず、まずその基礎技術的検討から行った。まず、動物実験機(4.7T,7.0T)にて、最適な局在スペクトル法の検討を行った。その結果、化学シフト画像(CSI)によるmultiーvoxel法が最も実用的であるとの結論に達した。はじめに^1HーCSIを検討したが、これを実用化するには、最適パルス系列の検討、水信号の抑制、傾斜磁場に起因する渦電流の抑制、感度よいコイルの開発、処理ソフトウエアの開発などの多くの問題点があった。最適パルス系列としては、spin echo法にて領域を選択して、2方向のphase encodingを行う方法がよく、水信号の抑制は、1ー1 pulseかCHESS+dephasing gradientが良かった。渦電流の抑制は、最適のrephasing gradientの印加や、active shielded gradient coilにてある程度は可能になったが超高磁場での問題点は依然として残された。コイルはbirdーcageかcrossーpolarized typeが良かった。処理ソフトは、多くのvoxelのスペクトルを自動的に位相及び基線補正、curve fittingを行い、metabolite mapping、contuor mappingなどの画像化を簡便に行える方法を開発しつつある。この結果、動物実験機で、2x2x6mmの分解能を持つ^1HーCSIが得られ、glutamine,glutameate,Nーacetyl aspartate(NAA)等のアミノ酸、Choline,Creatineなどの測定が可能になった。^<31>PーMRSでは各種のリン化合物の分布の画像化が可能となった。脳虚血巣では、直着から乳酸の増加が認められた。またmetabolite mappingにて代謝変化のある病巣が視覚化された。さらにまた、拡散強調画像にて脳浮腫、脳虚血での水分子の拡散を画像化できた。さらに、拡散強調画像とMRSとを結びついたSpectroscopic Diffusion Imageも超高磁場では可能で、病態解析に非常に有用であることが示唆された。このように、動物実験では、超高磁場MRI/SでのMRSやCSIおよび拡散強調画像が可能であることが示された。しかし、臨床応用では、安全性の面から次のような問題点が生じてきた。(1)渦電流による信号の乱れ、特に^1HーMRSでの水信号の影響による測定困難の問題、(2)CSI法での各voxelでのchemical shiftによる位置ずれの問題、(3)RFパルスの生体内への深達度の問題、(4)磁化率の違いによるア-チファクト、などである。(1)に対しては、shielded gradient coilによる渦電流の軽減の必要性、(2)には、ソフトウエア上での処理の必要性(現在検討中)、(3)に対しては、深部ではRF power limitationを越えない範囲での解決は困難、(4)には、根本的対策が未だなされない、という暫定的結論が得られた。このように臨床への適用に関しては、いまだ傾斜磁場系、RF系、測定系などのハ-ドウエアに問題点が残されており、今回の研究でも完全には臨床応用に至らなかった。しかし、超高磁場では、低感度の核種( ^<31>P, ^<13>C)の測定には良い結果が得られた。また、^1HーMRSでも低い含有量の物質(glutamine/glutamate,taurine,inositol,etc)の測定が可能であり、その有用性が認められた。上記の問題点の解決を含め、今後も研究を続ける価値のある研究課題であることが確認できた。

その結果、化学シフト画像(CSI)によるmultiーvoxel法が最も実用的であるとの結論に達した。はじめに^1HーCSIを検討したが、これを実用化するには、最適パルス系列の検討、水信号の抑制、傾斜磁場に起因する渦電流の抑制、感度よいコイルの開発、処理ソフトウエアの開発などの多くの問題点があった。最適パルス系列としては、spin echo法にて領域を選択して、2方向のphase encodingを行う方法がよく、水信号の抑制は、1ー1 pulseかCHESS+dephasing gradientが良かった。渦電流の抑制は、最適のrephasing gradientの印加や、active shielded gradient coilにてある程度は可能になったが超高磁場での問題点は依然として残された。コイルはbirdーcageかcrossーpolarized typeが良かった。処理ソフトは、多くのvoxelのスペクトルを自動的に位相及び基線補正、curve fittingを行い、metabolite mapping、contuor mappingなどの画像化を簡便に行える方法を開発しつつある。この結果、動物実験機で、2x2x6mmの分解能を持つ^1HーCSIが得られ、glutamine,glutameate,Nーacetyl aspartate(NAA)等のアミノ酸、Choline,Creatineなどの測定が可能になった。^<31>PーMRSでは各種のリン化合物の分布の画像化が可能となった。脳虚血巣では、直着から乳酸の増加が認められた。またmetabolite mappingにて代謝変化のある病巣が視覚化された。さらにまた、拡散強調画像にて脳浮腫、脳虚血での水分子の拡散を画像化できた。さらに、拡散強調画像とMRSとを結びついたSpectroscopic Diffusion Imageも超高磁場では可能で、病態解析に非常に有用であることが示唆された。このように、動物実験では、超高磁場MRI/SでのMRSやCSIおよび拡散強調画像が可能であることが示された。しかし、臨床応用では、安全性の面から次のような問題点が生じてきた。(1)渦電流による信号の乱れ、特に^1HーMRSでの水信号の影響による測定困難の問題、(2)CSI法での各voxelでのchemical shiftによる位置ずれの問題、(3)RFパルスの生体内への深達度の問題、(4)磁化率の違いによるア-チファクト、などである。(1)に対しては、shielded gradient coilによる渦電流の軽減の必要性、(2)には、ソフトウエア上での処理の必要性(現在検討中)、(3)に対しては、深部ではRF power limitationを越えない範囲での解決は困難、(4)には、根本的対策が未だなされない、という暫定的結論が得られた。このように臨床への適用に関しては、いまだ傾斜磁場系、RF系、測定系などのハ-ドウエアに問題点が残されており、今回の研究でも完全には臨床応用に至らなかった。しかし、超高磁場では、低感度の核種( ^<31>P, ^<13>C)の測定には良い結果が得られた。また、^1Hー
HTLV-I母児間伝達

1980年Galloらが発表し,1981年日沼らが成人T細胞白血病と密接に関係するとした,ヒトT細胞白血病ウイルスhuman T-lymphotropicvirustype-1(HTLV-1)感染者は一生ウイルスを持ち続け,キャリアという。大部分のキャリアには何も起こらないが,一部に成人T細胞白血病(ATL)HTLV-1関連脊髄症(HAM)などを起こす。HTLV-1は強い地域内流行を示す。主たる感染経路として,輸血・性交・母乳感染がある。我々は母乳感染の役割をより一層確実にし、母乳以外の感染経路の依存の有無を調べる目的で,長崎県下を対象にした妊婦のスクリーニング,キャリア妊婦の出産した子供の追跡調査を行っている。長崎県下の出産(年間約22,000例)の約70%を把握し,キャリア妊婦による出産は約5%を占める。この研究態勢は87年度より開始されたため,小児の追跡調査に乗ってくる数は未だ低いが,母乳を飲ませずに育て1年以上の追跡を行った児のうち,感染が疑われる者は,約3%に過ぎず,キャリアは母親が母乳で育てたときの感染率30%以上に比較すると,90%の感染は防御できることが考えられる。母乳を飲ませずに育てても,一部に感染を見ることから,母乳以外の経路による母子感染も存在することが予想される。1例では,生後6ヵ月で既に高い抗体価を示し,経胎盤感染,あるいは産道感染の存在を考えさせた。3例では,生後6ヵ月では抗体は存在せず,これらの感染で説明するのは必ずしも適切でないと思われた。今後母乳以外の感染経路による母子感染の追究を行う必要がある。最近,PCRによる細胞内の遺伝子を直接検出する方法が開発された。キャリアの判定について,此の方法が応用できるか否か,の検討も開始したが,この点については,来年度の研究に委ねる。
骨格筋細胞膜の静電容量(Cm)の生体内非侵襲的測定による新しい筋機能評価法の確立

骨格筋は細胞内液区画と細胞外液区画に分かれている。部位別生体電気インピーダンス分光法は、筋細胞膜の電気特性から、細胞内外液を評価できる特徴的な方法である。我々は405名の地域在住者に対してBIS測定を行い、膝関節伸展筋力、歩行速度、筋量を測定した。大腿部の細胞内外液指標は、膝関節伸展筋力、歩行速度と相関しており、性・年齢・骨格筋量と独立して膝関節伸展筋力、歩行速度を予測する変数であった。相対的な細胞外液の増加は加齢に伴う骨格筋の質的変化の因子であることが明らかになった。加齢に伴って骨格筋量は低下するが、筋量の低下率よりも筋出力の低下率のほうが大きく、筋量と筋力との関係にはギャップが存在する。そのギャップの要因として、神経系要因以外にも骨格筋の構造的変化や筋内組成変化が存在する。単位筋量あたりの発揮筋力を固有筋力というが、加齢に伴う固有筋力の低下には、神経系要因以外にも速筋線維の選択的萎縮(Lexell et al. 1988)や骨格筋内の脂肪、結合組織、細胞外液量の増加(e.g. Goodpaster et al. JAP 2001; Yamada et al. JGMS 2010; Yamada et al. JAP 2013; Fukumoto et al. EJAP 2012)といった質的な変化が関連している。その他に、動物の摘出筋を用いた研究では、老化に伴って筋細胞膜の電気特性が変化する可能性が指摘されている。筋細胞膜はリン脂質二重層から構成されており、電気回路上、非常に高性能なコンデンサとして機能する。筋細胞膜の静電容量(Cm)は、細胞内外の電位差を形成し神経からの電気情報を筋収縮に変換するために非常に重要なものである。本研究では、このCmを非侵襲的に生体内で評価する新規手法について妥当性を検討することを目的としている。本年度においては、幅広い年代の200名のCmを計測し、筋力や筋パワー、固有筋力との関係を明らかにすることを目的に実験を行った。測定は、ウィスコンシン大学、京都府立医科大学、東京で実施している。結果については現在、解析中である。加齢に伴う筋機能の低下は、筋量低下よりも大きいことが知られており、筋機能低下の要因を明らかにすることは、適切な予防・改善法を探求するうえで重要である。単位筋量あたりの発揮筋力を固有筋力というが、加齢に伴う固有筋力の低下には、神経系要因以外にも速筋線維の選択的萎縮や骨格筋内の脂肪、結合組織、細胞外液量の増加といった質的な変化が関連している。筋細胞膜はリン脂質二重層から構成されており、電気回路上特徴的な性質を持つ。申請者はこれまで、生体電気インピーダンス分光(BIS)法を用いて骨格筋の量と質を明らかにする研究を行ってきた(JGMS 2010; JAP 2013; JAP 2014;アメリカ老年学会65周年記念論文賞受賞)。本研究では、生体内のレジスタンスとリアクタンスを計測することで、細胞膜の電気特性を評価できることがわかってきた。本研究では、BIS法を用いて18-96歳までの200名のBISと筋の性質を評価することで、骨格筋細胞膜の電気特性の生体内非侵襲的測定による新しい筋機能評価法の確立を行った。その結果、骨格筋細胞膜の電気特性の生体内非侵襲的測定が筋の性質を反映していることが明らかになり、従来の生体電気インピーダンス法よりも有用な評価方法であることが明らかになった。この成果は、2015年および2016年のAmerican Society for Bone and Mineral Researchにて学会発表を行い、現在論文を投稿中である。本研究では、摘出筋では重要性が指摘されていた筋細胞膜の静電容量(Cm)を非侵襲的に生体内で評価する方法の開発と妥当性検討を行っている。研究計画は2年間であり、初年度である今年度は、当初、予定されている200名の測定を実施することができた。現時点で測定結果を解析中である。また、高齢者の筋生理学に詳しい渡邊裕也氏が研究分担者に加わったことで、要介護高齢者等を計測する研究体制も構築できた。運動生理学今後の推進方策としては、要介護高齢者、脊髄損傷を有する者、脳卒中患者等、筋萎縮が進行している状況の筋細胞膜の静電容量の計測を行うことで、より詳細な方法論の確立を行うこととする。次年度使用額が20,231円生じた。研究計画自体は初年度のおおむね当初計画どおり進行しているが、論文作成が遅れている。この次年度使用額は論文投稿にかかる英文校正または投稿料に相当する。
可解格子模型における差分方程式系

可解格子模型のうち、D型の頂点模型の転送行列のみたす差分方程式系について新しい解の表示を得た。また、スピン表現に対応する場合から、一般の表現に対応する固有値を構成する方法について予想を得た。Sl(n)の高階テンソル表現に付随する頂点模型の角転送行列についても考察した。特にその局所エネルギーの列を固定したセクターでの多重度がヤンギアンの既約指標に一致することをレベル1の場合に証明した。その副産物として、表現論や組合わせ論で重要なコストカ多項式について新たな表示を得た。インテグラブル最高ウエイト表現のデマジュール加群についての研究も行なった。特に、デマジュール結晶をパスで実現する一般定理を確立した。その具体的構成を古典型アフィンリー環の多くの表現の場合に与えた。更に頂点模型の角転送行列の計算を応用してデマジュール加群の指標を組織的に求めることに成功した。これにより、テンソル積の構造が明らかにされた。また、デマジュール加群の指標と対称関数の理論への関係を論じた。
環境要因により生じる多様なDNA塩基損傷を除去する酵素の研究

多様な塩基損傷を修復する酵素であるN-メチルプリングリコシラーゼ遺伝子を欠くショウジョウバエを作ることを最終目的としている。今年度は、この遺伝子のcDNAのクローニングを以下の方法でめざした。1)種々の生物のMPGの塩基配列比較から保存された領域の合成オリゴを作った。このオリゴをポリメラーゼチエイン反応のプラスマ-としてクローニングを試みた。結果、数種のPCR産物を得、塩基配列を調べた。得られた塩基配列より、これらのフラグメントは、疑似類似物で目的遺伝子ではなかった。2)ポリメターゼチェイン反応で、クローニングが成功しなかったので、大腸菌で発現できるハエのライブラリーをつくり、この酵素の欠損大腸菌株を相補するクローンを得ることを試みた。現在までに、大腸菌発現プラスミドベクターを用いたライブラリーとλファージ発現ベクターによるライブラリーを作成し、スクリーニングを試みている。
非対称化を伴う配位駆動自己集積による複雑巨大分子の構築と機能開拓

昨年度は、非対称な超分子構造形成のためのビルディングブロックとして、縮合反応により7つのアミド基を導入したβシクロデキストリン誘導体を合成した。この分子は、等価な部位を7つ導入した構造であるにも関わらず、それぞれの官能基が個別の役割を発揮することで非対称な認識空間を形成し、その構造に基づく精密なアニオン認識を実現することが示された。本年度は、上記の知見を生かし、非対称化を伴う配位駆動自己集合のための配位子として、等価な7つの2,2 ́-ビピリジル基(bpy)をアミド結合を介してβシクロデキストリンのピラノース環に直接導入した誘導体Lを合成した。2座キレート配位部位であるbpyと正八面体六配位金属イオンMから作られるトリスビピリジル錯体には、fer-, mer-異性およびΔ, Λ異性に基づく4つの異性体が生じうる。そして、Lは7つのbpyを持つため、分子内の3つのbpyと1つのMが反応した錯体の異性体は、合計で20種類が考えられる。しかし、bpyとピラノース環をアミド基により直接連結して配座を制限するように設計されたLは、鉄(II)イオンとの反応により、隣り合わない組合せの1,3,5番目のbpyで錯形成したキラル単核錯体1,3,5-fac-Λ-[1・Fe(II)]を選択的に与えることが明らかとなった。その構造は各種NMR (1H, 13C全シグナルの帰属・ROESYによる配座解析)、質量分析、円二色性測定、分子力場計算などにより詳細に解析・決定された。これは、金属配位による配位子の非対称性の増幅・制御を達成した成果であり、本領域「配位アシンメトリー」に大きく貢献するものである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、配位駆動自己集積の特長である一段階での巨大構造形成と非対称化を伴う異方的構造形成とを同時実現し、さらに、一義的に構築した複雑巨大自己集積錯体の内部空間および金属配列の異方性を生かした機能を開拓することを目的とする。等価な配位部位を7つ導入した配位子は、その配位駆動自己集積において立体的に閉じた小さい構造を形成しにくいことから、一段階での巨大構造形成と非対称化を伴う異方的構造形成に適した構成要素になりうる。平成29年度は、7つの官能基を導入した機能性分子の合成手法の確立と機能開拓を目指し、5位にカルボキシ基をもつβ-シクロデキストリン(βCD)誘導体に対してアミンを縮合した、アミド基を有する新規なβCD誘導体の合成に成功した。p-トリルアミド基を導入した誘導体のX線結晶構造解析の結果、アミド基同士の水素結合および置換基同士の立体障害によってトリル基の一つが大きく外側に傾き、CD骨格が真円から大きく歪んだ特徴的な構造を有していた。また内孔には5つの水分子が存在し、アミド基などの多数の官能基と複雑な水素結合ネットワークをつくっていた。また、7つのアミド基をもつβCD誘導体は、内孔におけるアミド基との水素結合を生かしたアニオン認識能を示した。具体的には、クロロホルム中において、ホスホン酸イオン、リン酸イオン、スルホン酸イオンなどを結合し、特にホスホン酸イオンに対して強く結合した。一方、カルボン酸イオンとはほとんど相互作用せず、顕著な選択性が明らかとなった。ホスホン酸イオンの包接錯体のX線結晶構造解析の結果、アミドβCD誘導体は内孔において、4つのアミド基水素および1つのアミド基酸素によってホスホン酸イオンと多点水素結合していた。一方、ホスホン酸イオンとの水素結合に関与しない2つのアミド基は隣接するアミド基と水素結合し、環骨格のコンホメーション固定に寄与していた。平成29年度では、非対称な超分子構造形成のためのビルディングブロックとして、縮合反応により7つのアミド基を導入したβシクロデキストリン誘導体を合成した。この分子は、等価な部位を7つ導入した構造であるにも関わらず、それぞれの官能基が個別の役割を発揮することで非対称な認識空間を形成し、その構造に基づく精密な分子認識能を実現することが示された。これは、本研究の目的に合致する成果であり、今後、アミド基の先に様々な配位部位を導入することで、配位駆動自己集積を利用した一義的な複雑巨大超分子錯体の合成につながると期待される。

しかし、bpyとピラノース環をアミド基により直接連結して配座を制限するように設計されたLは、鉄(II)イオンとの反応により、隣り合わない組合せの1,3,5番目のbpyで錯形成したキラル単核錯体1,3,5-fac-Λ-[1・Fe(II)]を選択的に与えることが明らかとなった。その構造は各種NMR (1H, 13C全シグナルの帰属・ROESYによる配座解析)、質量分析、円二色性測定、分子力場計算などにより詳細に解析・決定された。これは、金属配位による配位子の非対称性の増幅・制御を達成した成果であり、本領域「配位アシンメトリー」に大きく貢献するものである。平成29年度では、縮合反応により7つのアミド基を導入したβシクロデキストリン誘導体の合成法を確立し、詳細な構造解析を行い、またその特異な分子認識能を見出した。平成30年度ではこの知見を生かし、配位部位を7つ導入したβシクロデキストリン誘導体の合成とその自己集積錯体の形成、さらにその錯体の機能開拓を目指す。特に、2,2 ́-ビピリジル(bpy)基をアミド縮合によりピラノース環に直接結合し、7つのbpy基を導入した誘導体1を合成する。1は剛直な骨格を有することから取りうる配座が制限されることを利用し、金属イオンMとの段階的な分子内・分子間の錯形成によって、複雑巨大自己集積錯体M_14・1_6を一義的に構築する。そして、低対称性の内部空間を分子認識場や反応場として利用する検討を行い、さらにアシンメトリックな金属配列と配位環境に由来する光学物性や磁気物性の開拓を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
葉緑体から核への情報伝達系の分子機構の解析

光合成細胞における光合成系の構築と維持は、核とオルガネラの両ゲノムにより協調的に制御されることが明らかにされつつある。この機構を理解するためには、核による葉緑体遺伝子の発現制御機構の解析に加え、その実体がいまだ明らかではない葉緑体から核への情報伝達系についても解明していく必要がある。今年度は、緑藻クラミドモナスを用い、葉緑体内のrbcLmRNA量、合成タンパク質量及びRuBisCO活性を増減できる系を構築し、rbcL発現制御の各ステップ(転写・転写後・翻訳)とrbcS発現様式との関係について解析を行い、さらに、葉緑体遺伝子のon-off制御系を確立することを目的とした。1.葉緑体ゲノムにrbcL-uidAキメラ遺伝子を導入した形質転換体では、その転写活性が内性rbcLと同じにも関わらず、蓄積mRNA量は非常に少なかった。一方、rbcL-uidAキメラ遺伝子を内性rbcLと置き換えた形質転換体では、mRNAの蓄積量が顕著に増加した。ことから、rbcLmRNA蓄積量を規定する機構の存在が示唆された。2.葉緑体遺伝子のon-off発現制御システム(IPTG誘導性リプレッサー/オペレーター制御系)の構築を目指して、クラミドモナス葉緑体ゲノムに大腸菌由来のリプレッサータンパク質遺伝子(lacI)を導入した。リプレッサータンパク質の蓄積をwestem解析により確認した。3. rbcLプロモーター領域にオペレーターを付加した配列とuidA遺伝子とのキメラ遺伝子を溝築し、野生型葉緑体に導入したがGUS活性は認められなかった。rbcL-5'-UTRは、その一部を欠失しただけで翻訳活性を失うことから、オペレーター配列の付加により翻訳が阻害されたと考えられる。4. 16SrRNA遺伝子のプロモーター領域にオペレーター配列を導入するために、l6SrRNA遺伝子のプロモーター領域の限定を行った。
CRISPR/Casシステムによるイネいもち病菌のゲノムワイド遺伝子破壊法の確立

高効率かつ簡便な遺伝子機能解析手法の確立はポストゲノム時代において重要な課題の一つである。本研究では,糸状菌型CRISPR/Cas9システムの開発と,ゲノム編集技術をベースとしたゲノムワイドな遺伝子機能解析手法の確立をおこなった。糸状菌型CRISPR/Cas9を用いることにより,高効率での遺伝子ターゲティング,多重遺伝子破壊,点変異導入およびレポーター遺伝子ノックイン法の確立に成功した。更に,ゲノムを切らずに書き換える新規ゲノム編集技術「Target-AID]の開発に成功した。本技術はイネいもち病菌だけでなく麹菌においても有用であり,様々な糸状菌ゲノム編集ツールとして利用可能である。主要作物であるイネに重要病害を引き起こすイネいもち病菌(Pyricularia oryzae)は,その重要性から植物病原菌で初めて全ゲノムが解読されたモデル植物病原糸状菌である。本研究では,ポストゲノム時代における膨大なゲノム情報を網羅的に解析する手法として,人工ヌクレアーゼCRISPR/Casシステムの糸状菌への最適化とゲノム編集技術を用いたハイスループット遺伝子破壊法の確立を目的とする。CRISPR/Cas9は標的DNAとguide RNAのハイブリッド領域をCas9ヌクレアーゼが切断する人工ヌクレアーゼである。本ヌクレアーゼシステムを糸状菌に適用するために,Cas9ヌクレアーゼのコドン使用頻度を糸状菌に最適化した。また,guide RNAの高発現化のためにいもち病菌のU6 small nuclear RNAを同定し,その上流配列をRNA polymerase III系プロモーターとして使用した。以上より糸状菌型CRISPR/Casシステムの確立に成功した(Arazoe et al., 2015)。本システムは網羅的遺伝子機能解析を視野にいれ,Golden Gate cloning法(Cermak et al., 2011)によるワンステップでのヌクレアーゼ作製が可能なように設計している。本システムの利用により,相同組換え修復を介した遺伝子ターゲティング効率を36100%まで向上させることに成功した。また,相同組換え修復経路の一つであるシングルクロスオーバーを介した高効率標的遺伝子ノックアウト・ノックイン・塩基置換導入法の確立に成功した。一方,相同組換え修復と拮抗的に働く非相同末端結合修復機構を介した標的遺伝子改変では,糸状菌ゲノム特有の性質と考えられる広域に渡る欠失が確認された。本問題を解決するために,ゲノムを切らずに改変する新たな技術開発に着手した。当初の研究計画では,非相同末端結合修復を介した相同配列を用いない簡易的な遺伝子破壊法の確立とそれを基盤としたゲノムワイドな遺伝子機能解析系の確立を目的としていた。しかしながら,糸状菌ゲノム特有の現象と考えられる広域の欠失が確認された。そこで,ゲノムを切らずに書き換える新たなゲノム編集技術開発に着手し,本技術が糸状菌に対して有用であることを示した。従って,新たなゲノム編集技術開発に成功した点で当初の計画以上に研究が進展していると判断した。主要作物であるイネに重要病害を引き起こすイネいもち病菌(Pyricularia oryzae)は,その重要性から植物病原糸状菌で初めてゲノムが解読された。本研究では,ポストゲノム時代に対応した膨大なゲノム情報を網羅的に解析する手法として,糸状菌型人工ヌクレアーゼCRISPR/Cas9システムの開発とゲノム編集技術を用いたハイスループット遺伝子機能解析手法の確立を目的とした。CRISPR/Cas9は標的DNAとguide RNAのハイブリッド領域をCas9ヌクレアーゼが切断するRNA誘導型の人工ヌクレアーゼである。昨年度はguide RNAのプロモーターとしてRNA polymerase III系プロモーターをいもち病菌ゲノムから取得し,Cas9のコドン使用頻度を最適化することで,糸状菌型CRISPR/Cas9システムの構築に成功した。本システムを用いることにより,相同組換え修復を介した遺伝子ターゲティング効率を36100%まで向上できた。また,相同組換え経路の一つであるシングルクロスオーバーを選択的に誘導することで,標的遺伝子のノックアウト・ノックイン・塩基置換を高効率に導入する手法を確立した。一方の非相同末端結合修復機構を介した変異導入法では,糸状菌ゲノム特有の性質と考えられる広域に渡る欠失が確認された。本年度は,CRISPR/Cas9システムをさらに応用し,ゲノムを切らずに書き換える新規ゲノム編集技術「Target-AID」の開発と糸状菌への応用・最適化をおこなった。本手法を用いることにより,DNAの切断により生じる広域欠失を抑制し,相同配列を用いることなくピンポイントに塩基置換を誘導すること成功した。本技術はいもち病菌だけでなく麹菌においても有用であり,網羅的な遺伝子機能解析手法に留まらず,新たな分子育種法としても期待できる。今回構築したベクターはワンステップでヌクレアーゼまたは標的遺伝子改変ベクターが作製できるように設計されている。

そこで,本ベクター特性におけるヌクレアーゼ・改変ベクターライブラリー作製の条件検討をおこない,複数の遺伝子を標的とした破壊株ライブラリーの構築をおこなう。破壊株ライブラリーを表現型から解析し,これまで未詳であったいもち病菌の病原性ならびに変異特性に関わる新たな因子の同定を試みる。また本技術を麹菌に応用し,産業への応用展開を視野にいれ研究を進めていく。植物病理学
東アフリカにおけるスワヒリ語諸変種の記述研究

本研究では、スワヒリ語の方言的種々性を明らかにするために、東アフリカの特にタンザニアとケニアにおいてスワヒリ語諸変種の「基礎文法」の記述および「基礎語彙600語」の収集を行なった。また、スワヒリ地方に限っては「海洋生物に関する語彙」も収集し、変種による語彙の違いの有無を確認することを目指した。「オーラルヒストリー」および「口承文芸」も一次資料として収集した。これらの調査から、例えばザンジバル島北部の近隣の村々における語彙および文法特徴が異なることが明らかとなり、およそ24に分類できるとした先行研究におけるスワヒリ語諸変種の分布地図について、再考する必要があるのではないかという結論に達した。本研究の目的は、スワヒリ語に関する従来の研究対象が専ら「標準スワヒリ語」であり、東アフリカー帯で用いられている様々な変種にまで目が向けられてこなかったことに鑑み、いくつかの先行研究において約2024ほどあるとされるスワヒリ語諸変種の文法記述研究とそのための一次資料収集を行なって、これまでに闡明されていない「スワヒリ語」の重層性と複合性を明らかにすると同時に、果たして旧来の変種分類が正しいかどうかを検証することである。平成23年度については、研究代表者以下、調査参加者全員が各対象地域においてスワヒリ語変種の文法記述にとって適当な調査地点を広く踏査し、その地域の変種の文法および基礎語彙を記述するためにふさわしいコンサルタントの獲得に努めることを計画していた。実際、各調査者は対象地域においてふさわしいコンサルタントを獲得し、各変種の文法記述、基礎語彙収集、民俗語彙収集、オーラルヒストリーの聞き書きを行なってきた。具体的には、研究代表者の竹村はザンジバル島北部県においてチャアニ変種の文法記述と基礎語彙600語の収集、研究分担者の米田はザンジバルタウンにおいてタウン変種の文法記述、研究協力者の宮崎はザンジバル島東部においてジャンビアーニ変種の文法記述、井戸根はペンバ島においてオーラルヒストリーの聞き書き、品川と八尾はキリマンジャロ州においてチャガ人の話すスワヒリ語変種の基礎語彙600語の収集、藤井はザンジバル島において民俗語彙収集、古本はザンジバルタウンにおいて基礎語彙600語の収集を行なった。これら収集したデータの多くは研究成果としてまとめられ、論文や口頭発表の形で公開されている。本研究の目的は、スワヒリ語に関する従来の研究対象が専ら「標準スワヒリ語」であり、東アフリカ一帯で用いられている様々な変種にまで目が向けられてこなかったことに鑑み、いくつかの先行研究において約2024ほどあるとされるスワヒリ語諸変種の文法記述研究とそのための一次資料収集を行なって、これまでに闡明されていない「スワヒリ語」の重層性と複合性を明らかにすると同時に、果たして旧来の変種分類が正しいかどうかを検証することである。平成25年度については、研究代表者以下、調査参加者全員が各対象地域において前年度と同様にスワヒリ語変種の文法記述にとって適当な調査地点を広く踏査し、その地域の変種の文法および基礎語彙を記述するためにふさわしいコンサルタントを獲得し、調査を展開した。具体的には、研究代表者の竹村はザンジバル島北部県においてトゥンバトゥ変種の基礎語彙600語の収集および文法記述、キベニ変種の文法記述、ペンバ島においてウェテ変種の基礎語彙600語の収集を行なった。研究協力者の宮﨑はザンジバル島東部においてジャンビアーニ変種およびパジェ変種の文法記述、井戸根はペンバ島北部において基礎語彙600語の収集およびオーラルヒストリーの聞き書き、沓掛はチャガ語話者とイラク語話者によるスワヒリ語変種の基礎語彙600語の収集、藤井はザンジバル島において口承文学収集、小林はダルエスサラームにおいて基礎語彙600語の収集、中垣はケニア共和国ナイロビにおいて基礎語彙600語の収集、中島はザンジバル島南部県での基礎語彙600語の収集、宮本はタンガにおいて基礎語彙600語の収集を行なった。平成24年度については、研究代表者以下、調査参加者全員が各対象地域において前年度と同様にスワヒリ語変種の文法記述にとって適当な調査地点を広く踏査し、その地域の変種の文法および基礎語彙を記述するためにふさわしいコンサルタントを獲得し、調査を展開した。

具体的には、研究代表者の竹村はザンジバル島北部県においてチャアニ変種の文法記述、キベニ変種およびキドティ変種の基礎語彙600語の収集、研究協力者の宮﨑はザンジバル島東部においてジャンビアーニ変種およびパジェ変種の文法記述と基礎語彙600語の収集、井戸根はペンバ島北部において基礎語彙600語の収集およびオーラルヒストリーの聞き書き、品川と八尾はキリマンジャロ州においてチャガ人の話すスワヒリ語変種の基礎語彙600語の収集および文法記述、藤井はザンジバル島において口承文学収集、古本はザンジバルタウンにおいて基礎語彙600語の収集および文法記述を行なった。これら収集したデータの多くは研究成果としてまとめられ、論文や口頭発表の形で公開されている。また、研究代表者、研究分担者(小森淳子、米田信子)、研究協力者は11月に開催された「国際バントゥワークショップ」に発表者またはコメンテーターとして参加し、これまでの研究成果について活発な議論および意見交換を行なった。各調査者が収集したデータから、例えばザンジバル島内でいくらか離れた地域で話される変種同士に近似性が見られることが判明したり、従来の研究では明らかになっていなかった文法の特徴が示されたりしている。このことから、今後も同様の調査を続けていけばさらにスワヒリ語諸変種の実態解明に繋がると判断できるため。25年度が最終年度であるため、記入しない。各調査者は、前年度から引き続き調査を展開している地域において、それぞれの変種の文法記述に必要なデータの蓄積を順調に行なっている。また、国際バントゥワークショップでの議論において、いくつかの地域のデータを比較検討することにより、スワヒリ語諸変種を通時的且つ共時的に研究し直す必要性が明らかになった。これらのことから、今後も同様の調査を続けていけばさらにスワヒリ語諸変種の実態解明に繋がると判断できるため。今年度は引き続き各調査地での文法記述、基礎語彙収集、民俗語彙収集、オーラルヒストリー収集、民話収集に努める。また、日本アフリカ学会等の学術大会における口頭発表や論集等での論文・資料・研究ノートの発表により、広く成果を公表することを目指す。今後も引き続き各調査地での文法記述、基礎語彙収集、民俗語彙収集、オーラルヒストリー収集、口承文学収集に努め、できるだけ多くのスワヒリ語変種の文法概要および社会言語学的状況を明らかにする。
古典インドにおける聖典解釈技法の基礎的研究

聖典解釈学派を代表するクマーリラの主著『原理の評釈』第2巻第3章について,テキスト・データベースを作成し,現行の刊本では用いられていないIndia Office写本の異読個所を追加入力した。本章第1論題に対する註の中でクマーリラは,大規模祭式の代表であるソーア祭の中の三つの場面におけるアプールヴァ(祭式の独自類型)の数を問う伝統的な問題設定をした後にこれを退け,代わりに人間の側の「目的現実化の働き」(バーヴァナー,bhavana)の数を問う第二の問題設定を行い,こちらの検討を詳しく行っている。クマーリラは人間個人の側にある目的実現を目指す行為を弁別することを重視したのである。しかし他方では,クマーリラは同じ第2巻第3章のなかで「教令の規定作用が遷移(samkranti)する」ということを説いており,ここに,個人に先立って聖血の全体が存在するという学派の伝統的思想を窺うことができる。アグニホートラ祭を扱う章全体の中核となる規定文,即ち「昇天を望む者はアグニホートラ祭をもって献供するべし」という教令において,動詞語尾が「何かをせよ」という命令がヴェーダから発していることを告げ,語根と語尾の結合により,この命令が語根の表す献供行為に向けられた規定となっていることが理解される。教令という中核的な規定文において,規定の働きが動詞語尾から動詞語根へと移ることが第一段階の遷移である。この後に,ヴェーダからの規定の働きは隣接する諸々の規定文の中で,献供行為を表す動詞以外の諸々の語へと移行する。これが第二段階の遷移である。第二段階の遷移が完了すると,教令を中核とした諸々の規定文が序列化され,文相互の階層的連関によるヴェーダの自律的な啓示が完成する。このように,クマーリラの聖典解釈論においては,聖典解釈ための立脚点が個人と聖典とに二極化していることが判明した。クマーリラの著作『原理の評釈』第2巻2章部分について,インド刊本に基づいて,内容の梗概を作成した.梗概作成の過程で,次の諸点を確認することができた.クマーリラ以前から,ヴェーダは永遠の天啓聖典とみなされ,各祭式の教令は,果報を得るには,その祭式独自の類型(apuurva)に忠実に祭式を遂行するよう,教令を学んだ人間個人に働きかけるとされ,他方で,なんらかの目的実現をめざして適切な手段を駆使して行うという,個人の行為の形式が「惹起作用」(bhaavanaa)と呼ばれていた.クマーリラは,apuurvaの意味を,祭式の実行により個人の自我に蓄積されていく,将来の果報獲得のための形成力(sa.mskaara)に転換したのみならず,教令をはじめとするヴェーダの規定文からの働きかけを,個人の行為の形式に準じた一種の惹起作用として捉え,これによって,聖典解釈の立脚点を聖典と個人とに二極化した.そして啓示を受ける個人の立場に立って,第2巻第2章での問題関心を,恒常不変の規範であるヴェーダの文の分析から,個人の行為とその結果の関係へと,そしてさらに,個人の行為の形式そのものへと方向転換していく.しかし他方では,教令の規定作用が「転移」するという発想に,聖典は個人に先立つという学派の伝統的思想が窺われる.教令の中の動詞語尾が,まず聞き手に「惹起作用を発動すべし」との抽象的な命令を発し,教令の動詞語根の部分の働きにより,その命令が具体的祭式行為へ転移し,教令以外の規定文における諸々の単語の働きにより,それがさらに祭式行為成立のための諸要因へと転移していくと言う.第二段階の転移が完了すると,教令を中核とした諸々の規定文が序列化され,文相互の階層的連関によるヴェーダの自律的な啓示が完成する.なお刊本未使用の二本の写本をコピーを入手したので,来年度はこれを参照して内容梗概を再検討した上で,各議題におけるヴェーダ観を明らかにしつつ,成果報告書を纏めたい.聖典解釈学派を代表するクマーリラの主著『原理の評釈』第2巻第3章について,テキスト・データベースを作成し,現行の刊本では用いられていないIndia Office写本の異読個所を追加入力した。

教令という中核的な規定文において,規定の働きが動詞語尾から動詞語根へと移ることが第一段階の遷移である。この後に,ヴェーダからの規定の働きは隣接する諸々の規定文の中で,献供行為を表す動詞以外の諸々の語へと移行する。これが第二段階の遷移である。第二段階の遷移が完了すると,教令を中核とした諸々の規定文が序列化され,文相互の階層的連関によるヴェーダの自律的な啓示が完成する。このように,クマーリラの聖典解釈論においては,聖典解釈ための立脚点が個人と聖典とに二極化していることが判明した。
光デバイス設計援用を目指した貴金属プラズモニクスの計算電磁気学による基礎付け

貴金属粒子や微細加工曲面の近傍に光の電界エネルギーを蓄積するプラズモニクスの分野において,プラズモン共鳴吸収現象に対応する計算電磁気学の技法を駆使し,光デバイスの特性向上を目指した基礎的研究を行った.貴金属の形状と共鳴の効果との関係を知るために,平板,円筒,円板,球体,波状薄膜に対して,一方向または二方向の周期的配置を設定した.解析手法として,厳密解法であるウィーナー・ホッフ法,並びに解の収束が保障されている積分方程式法とモード整合法を用いた.共鳴の物理的な要因を,端部間干渉,周期間干渉,導波路モード形成の三つの観点から検討し,数値計算により共鳴条件のパラメータ依存性を定量的に明らかにした.可視光の波長程度の寸法をもつ金や銀などの貴金属素子に発生する表面プラズモンおよび局在プラズモンを対象として、本研究者らが準備段階として開発してきた計算電磁気学の解析手法を素子の形状や配列形態に応じてカスタマイズし、次年度以降のデータ収集がスムーズに実行できるような基礎付けを達成した。貴金属の近傍に電界エネルギーを蓄積することにより光デバイスの効率や感度の向上を図るという目標を念頭に置き、素子の構造による特性抽出すなわちパラメータ依存性の把握が可能となるように、基本的な貴金属素片を4種類選択した。それぞれの具体的な解析手法は、円板に対するベクトル界の積分方程式法、有限幅平板に対するスカラー界の積分方程式法、球に対するモード整合法、半無限平板に対するウィーナー・ホッフ法である。円板および平板については、素子が波長に比べて十分に薄いときに有効なインピーダンス形の境界条件を適用することにより、計算の簡便化を図った。この条件を用いる際には、従来は表面電流または表面磁流のいずれか一方を考慮していたが、本研究では両方の電磁流を解析に取り入れることにより、可視光に対する貴金属の誘電率が負であることに起因するプラズモニクスの現象を完全に表現することが可能となった。また、円板および球に関しては、従来の研究者より報告されてきた単体の局在プラズモンの共鳴特性に加えて、複数個を周期配列した場合に別の波長で生ずる格子共鳴についても散乱断面積および近傍電界の計算により明らかにした。本研究者は計算電磁気学の専門家として、積分方程式、モード整合法、ウィーナー・ホッフ法などの計算技法を長年開発してきたが、負の誘電率から起こるプラズモン共鳴という特殊な現象を対象とする際には、定式化や特殊関数の取り扱い方に独特の工夫を凝らす必要があった。そのような展開について、インピーダンス形境界条件や周期条件を解析に導入することにより、現在までおおむね成功しており、これらの研究成果を学術論文、学会、研究会において公表してきた。可視光の帯域を含む200ナノメートルから1マイクロメートルまでの波長帯域をもつ電磁波と貴金属との相互作用を対象として、本研究者らが平成27年度までに開発してきた計算電磁気学の手法を改良し、表面プラズモン共鳴と局在プラズモン共鳴の特性データを収集した。これにより、次年度に予定している光デバイスの性能向上に資するデータの取得がスムーズにできるような基盤を築いた。微小寸法の周期構造を持つ金や銀の薄膜や粒子に生ずるエバネッセントモードを利用することにより、金属の近傍における電界強度を高めることができ、これがデバイスの効率や感度の向上をもたらす。共鳴現象を利用した電界増強は、周期構造パラメータへの依存性が高く、数桁以上の精度が要求される場合があるため、解析的な概念を取り込み、数学的な理論を駆使した本研究者らの手法がより効果的である。これにより共鳴現象の要因を、金属の負の屈折率に基づくプラズモニクス、格子モードの形成、および導波路モードの形成に分類することが可能となった。具体的な技法として、多数の有限幅平板を面内配置および積層構造に対する特異積分方程式法、半無限平板に対するウィーナー・ホッフ法、球体の2次元周期配列構造に対するモード整合法を採用し、効率化と精密化を重ねてきた。昨年度の成果に引き続き、平成28年度は平板の配置最適化によるレンズ効果、半無限平板に励振された表面波の端部反射の可視化、球体の個数を増したときの格子モードの形成過程を明らかにした。本研究者は計算電磁気学を専門とし、特異積分方程式法、ウィーナー・ホッフ法、モード整合法などの計算手法を長年開発してきた。金属が屈折率を持つことや、共鳴が構造パラメータに大きく依存することから起こる計算の困難さに対して、本年度はさらに現象の特徴を生かした電磁界関数の展開形式を取り入れることにより効率と精度の向上を図り、現在までおおむね成功している。これらの研究成果を3件の国際学会論文集のほか、電子情報通信学会総合大会、電気学会電磁界理論研究会、情報・電気関係学会九州支部連合大会などにおいて公表してきた。波長帯域が200ナノメートルから1マイクロメートルまでの可視光の帯域を含む電磁波と貴金属との相互作用を対象として、本研究者らが長年開発してきた計算電磁気学の手法を改良し、表面プラズモン共鳴と局在プラズモン共鳴の特性データを収集した。これにより、光デバイスの性能向上に資するデータの取得がスムーズにできるような基盤を築いた。