hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性疾患患者の自己管理継続支援のためのウェブアプリケーションの開発と評価

慢性疾患患者は家庭,職場,社会における生活に治療を組み込んだ生活の管理が求められるが,必要な支援を継続的に受けられず疾患が悪化したり,失業や離婚等生活が破綻してしまう者も少なくない.患者の自己管理を支援するプログラムは地理的・時間的制約から十分に普及しておらず,プログラムを受講したとしてもその後効果が持続しない等の課題がある.こうした課題の解決のため,本研究ではインターネットを利用して他の患者とのコミュニケーションを図り,定期的な目標を設定し評価する機会を提供するアプリケーション(以下アプリ)を開発し,その効果を評価することを目的としている.2018年度はアプリを開発するため,既存の健康管理アプリの情報収集,慢性疾患家じゃを対象としたニーズ調査を行った.ニーズ調査では,国内在住の慢性患者を対象としたフォーカスグループインタビューを2回行い,アプリの機能等への要望を聴取した.その結果,当初構想していた機能(目標の作成補助,目標達成の履歴,ソーシャル機能,リマインダ機能)については必要であるという賛同が得られた.また,これらに加え,目標を達成するごとに報酬をもらえるような達成度要素があると継続できるのではないかという意見や,ソーシャル機能は使用せず,個人的に使いたいというニーズがあることが明らかになった.そのため,ソーシャル機能を含めて使用する機能を細かく設定できるような機能を盛り込む必要があると考えられた.以上の結果を踏まえて,必要な機能をまとめ,アプリ開発の委託先の検討をすることとなった.【研究実績の概要】で述べたとおり,当初計画にしたがってアプリの機能要件をまとめることができたため.現在アプリ開発の委託先を検討中であり,2019年6月までに委託先を決定,2019年8月頃までに試作版を完成させ,2019年9月以降に慢性疾患患者を対象としたパイロットテストを行う.慢性疾患患者は家庭,職場,社会における生活に治療を組み込んだ生活の管理が求められるが,必要な支援を継続的に受けられず疾患が悪化したり,失業や離婚等生活が破綻してしまう者も少なくない.患者の自己管理を支援するプログラムは地理的・時間的制約から十分に普及しておらず,プログラムを受講したとしてもその後効果が持続しない等の課題がある.こうした課題の解決のため,本研究ではインターネットを利用して他の患者とのコミュニケーションを図り,定期的な目標を設定し評価する機会を提供するアプリケーション(以下アプリ)を開発し,その効果を評価することを目的としている.2018年度はアプリを開発するため,既存の健康管理アプリの情報収集,慢性疾患家じゃを対象としたニーズ調査を行った.ニーズ調査では,国内在住の慢性患者を対象としたフォーカスグループインタビューを2回行い,アプリの機能等への要望を聴取した.その結果,当初構想していた機能(目標の作成補助,目標達成の履歴,ソーシャル機能,リマインダ機能)については必要であるという賛同が得られた.また,これらに加え,目標を達成するごとに報酬をもらえるような達成度要素があると継続できるのではないかという意見や,ソーシャル機能は使用せず,個人的に使いたいというニーズがあることが明らかになった.そのため,ソーシャル機能を含めて使用する機能を細かく設定できるような機能を盛り込む必要があると考えられた.以上の結果を踏まえて,必要な機能をまとめ,アプリ開発の委託先の検討をすることとなった.【研究実績の概要】で述べたとおり,当初計画にしたがってアプリの機能要件をまとめることができたため.現在アプリ開発の委託先を検討中であり,2019年6月までに委託先を決定,2019年8月頃までに試作版を完成させ,2019年9月以降に慢性疾患患者を対象としたパイロットテストを行う.アプリケーションの機能はまとまったものの,開発委託業者が決定しなかったため開発費としてアプリケーションの開発費として計上した予算を執行しなかった.2019年度前半に開発し,使用する.
末梢神経再生過程および神経移植生着過程における細胞接着分子の発現性の検索

我々は、神経縫合、遊離神経移植、血管柄付き神経移植の神経再生過程における細胞接着分子であるE-cadherin,N-cadherinの発現性およびα-cateninについて検索した。ラットの坐骨神経に、前記3種類の神経再建モデルを作製し、経時的に神経標本を採取してトルイジン・ブルー染色を行い、神経再生過程を病理学的に検索するとともに、抗Eおよび抗N-cadherin抗体、抗α-catenin抗体を用いた免疫染色とwestern blot法を行い、E-cadherin、N-cadherin、α-cateninの発現量の変化と、その局在性について検索した。神経縫合モデルでは、縫合部より遠位側でE-cadherinの発現は一度減少し、その後発現量が増加、縫合21日目にはコントロールレベルに戻ることがわかった。遊離神経移植及び血管柄付き神経移植では、病理組織学的には遊離移植よりも血管柄付移植の方が移植神経組織内での構築が早く正常化することが判明した。E-cadherinは神経縫合モデルと同様に、一度発現が減少した後に発現量が増加したが、一方N-cadherinは移植直後より徐々に発現量が増加した。いずれにおいてもこの2つのカドヘリンは、移植後14週目にはコントロールのレベルに戻ることがわかった。遊離神経移植と血管柄付き神経移植での発現量を比較した場合、両カドヘリン共に血管柄付き移植でより早く増加し発現量も多かった。しかしながらα-cateninについては遊離、血管茎付きいずれの移植片においても発現量の有意な変化はみとめられなかった。発現の局在性についてはE-cadherinでは、再生軸索周囲の増殖したシュワン細胞で発現が増強しており、N-cadherinは再生軸索の表面で発現が増強していた。これらの結果から、E-cadherinは、神経再生過程のなかのBungner帯を形成する過程において、シュワン細胞の増殖や接着などにおいて、また、N-cadherinは再生軸索の伸長、成熟化する過程においてそれぞれ重要な役割を有しているものと考えられた。さらに神経移植においては、これらの接着分子の発現調節に対するα-cateninの関与は少ないものと考えられた。現在臨床的には神経を再建する方法として、神経縫合、遊離神経移植、血管柄付き遊離神経移植が行われているが、これらの神経再建法における神経再生過程の詳細な機序や、関与する物質については未だ不明な部分が多い。この研究では神経再生過程におけるE-cadherinの関与について検索した。実験動物(ラット)の座骨神経に神経縫合モデル、遊離移植モデル、血管柄付き遊離移植モデルを作製し、経時的に神経標本を採取してトルイジン・ブルー染色および抗E-cadherinモノクローナル抗体を用いた免疫染色とwestern blotting法を行い、シュワン細胞の変性・増殖、軸索の変性・増減などを病理学的に検索するとともに、E-cadherinの経時的な発現量の変化と、その局在性を検索した。その結果、それぞれのモデルにおいて、トルイジン・ブルー染色で神経組織の構築が正常化するよりも、やや早い時期にE-cadherinの発現量がピークをすことがwestern blotting法で確認でき、E-cadherinの発現量がピークに達するのとほぼ同時期に、E-cadherinが強く発現しているSchwann細胞が集中している所見が免疫染色法で観察された。

これらの結果から、E-cadherinは神経再生過程のなかで、増殖したSchwann細胞が連鎖状に集まってBungner帯(Schwann管)を形成し、再生軸索がその細胞間隙に侵入する段階で何らかの役割を果たすものと考えられた。さらに遊離移植と血管柄付き移植を比較した場合、トルイジン・ブルー染色で神経組織が正常化する時期やE-cadherinの発現量がピークに達する時期は、血管柄付き移植の方がかなり早く、血管柄付き移植を用いた場合は、より迅速な神経再生が得られると考えられた。現在、神経を再建する方法として、神経縫合、遊離神経移植、血管柄付き神経移植が報告されているが、これらの再建法における神経再生過程の詳細な機序については、未だに不明な点が多い。この研究では神経再生過程における、細胞接着分子であるE-cadherin,N-cadherinの発現性について検索した。実験動物(ラット)の坐骨神経に、上記の神経再建モデルを作製し、経時的に神経標本を採取してトルイジン・プルー染色を行い、神経再生過程を病理学的に検索するとともに、および抗E-cadherin抗体、抗N-cadherin抗体、抗α-catenin抗体を用いた免疫染色とwestern blotting法を行い、E-cadherin、N-cadherin、α-cateninの発現量の変化と、その局在性について検索した。その結果、病理学的には遊離移植よりも血管柄付移植の方が神経組織の構築が早く正常化した。またE-cadherinは一度発現が減少した後に発現量が増加し、N-cadherinは移植直後より徐々に発現量が増加した。発現量の増加は血管柄付き移植で、より早くみとめられ、発現量も多かった。α-cateninについては発現量の有意な変化はみとめられなかった。また発現の局在性についてはE-cadherinでは、再生軸索周囲の増殖したシュワン細胞で発現が増強しており、N-cadherinは再生軸索の表面で発現が増強していた。これらの結果から、E-cadherinは、神経再生過程のなかのBungner帯を形成する過程において、シュワン細胞の増殖、シュワン細胞同志の接着、シュワン細胞と軸索の接着に重要な役割を持ち、N-cadherinは再生軸索の伸長、成熟化する過程において重要な役割を有しているものと考えられた。またこれらの接着分子の発現調節に対するα-cateninの関与は少ないものと考えられた。
リポソーム膜中での電子伝達機能をもつタンパク質/ポルフィリン分子複合体の構築

本研究は、距離と配向を制御したポルフィリン色素誘導体の選択的な電子伝達をタンパク質/ポルフィリン色素誘導体系で作成し、生体エネルギー変換膜系で行われている効率の良いポルフイリン誘導体の電子伝達システムをリポソーム膜中で人工的に構築することを目的とした。本年度は、アンテナ色素複合体と類似した疎水性ポリペプチドに結合したポルフィリン誘導体の複合体を人工的に組織化し、リポソーム膜系への導入について検討を行った。疎水性ポリペプチドとしてそれ自身でアンテナ色素複合体のサブユニットを形成する紅色光合成細菌のLH-bタンパク質をモチーフにして、そのC-末端親水性部のアミノ酸残基を保存したモデルポリペプチドType1およびC-末端にCys残基を配した1a-polypeptide(Type2)およびそれをジスルフィド結合させた2a-polypeptide(Type3)を、それぞれ、合成した。そして、クロロフィル誘導体(BChla)およびそれのモデル色素との複合体形成挙動についてOG中で行ない、リポソーム膜中ヘの導入を試みた。その結果、いずれのポリペプチド(Types 1-3)を用いた際においてもOG中においてBChlaのQy帯の長波長シフトが観測され、アンテナ色素複合体の形成が観測された。特に、Type3を用いた際にBChlaのQy帯は814 nmに単一に観測され、アンテナ色素複合体のサブユニット類似の複合体の形成が示された。また、形成した複合体のリポソーム膜中ヘの導入を試みた結果、ゲルろ過によって得られたリポソーム膜の分画にアンテナ色素複合体が共存していることがUV-visスペクトルにより確認された。このことから、アンテナ色素モデル複合体をリポソーム膜中へ導入できることが分かった。
臨床応用を目的としたアルブミン変異体の設計と評価

本研究では、現在臨床で大きな課題となっている血中半減期について、その顕著な延長を試み、アルブミン製剤の大幅な消費量削減の目的達成のため、国際共同研究を推進したものである。以下に得られた知見を要約する。1)発現ベクターpHIL-D2にL10(シグナル配列)及びポリA配列を含む変位を施したHS AcDNA(K199A、K525A)を挿入した。この発現ベクターでP.Pastoris(GS115株)を形質転換し、BMMY培地で4日間培養後、培地上清より硫安分画(60%、pH4.4)で濃縮、粗精製を行い、ブルーセファロースCL-6Bに付し、変異HSA(K199A、K525A)の精製を行った。2)精製した変異HSA(K199A、K439A、K525A及びK199A/K439A/K525A)の構造特性について、遠紫外及び近紫外領域CDスペクトル、抗HSAポリクローナル抗体を用いて検討した。その結果、二次構造、三次構造及び抗体の認識性に血漿由来HSAと有意な差は観察されなかった。3)変異HSAは化学的安定性、熱安定性、薬物輸送性及びエステラーゼ様活性において血漿由来HSAと有意な差は観察されなかった。4)^<125>Iでラベル化した変異体の静注後の血漿中濃度推移は2相性を示し、消失相(β相)から算出した半滅期は、いずれの場合も血漿由来HSA(約30時間)より短かった。5)オーフス大学Kragh-Hansen博士は平成11年10月23日11月7日の2週間、平成12年5月1日10月29日、熊本大学に滞在し、アルブミン変異体の動態特性や生物学的性質について討議した。またロンドン大学インペリアル校Curry博士は平成12年9月27日10月6日、熊本大学に滞在し、変異体の構造特性について討議した。2人の海外共同研究者とは、今回のプロジェクトの目的達成のために密に連携を保つことを確認した。本研究は、現在臨床で大きな課題となっている血中半減期について、その顕著な延長を試み、アルブミン製剤の大幅な消費量削減の目的達成のため、国際共同研究を推進するものである。1)発現ベクターpHIL-D2にL10(シグナル配列)及びポリA配列を含む変異を施したHSAcDNA(K199A,K525A)を挿入した。この発現ベクターでP.Pastoris(GS115株)を形質転換し、BMMY培地で4日間培養後、培地上清より硫安分画(60%,pH4.4)で濃縮、粗精製を行い、ブルーセファロースCL-6Bに付し、変異HSA(K199A,K525A)の精製を行った。2)精製した変異HSA(K199A,K525A)の構造特性について、遠紫外及び近紫外領域CDスペクトル、抗HSAポリクローナル抗体を用いて検討した。3)変異HSA(K199A,K525A)は化学的安定性、熱安定性、薬物輸送性及びエステラーゼ活性において血漿

由来HSAと有意な差は観察されなかった。4)^<125>I-K199A-HSAのラットでの体内動態について検討した結果、血漿中濃度推移は2相性を示し、消失相(β相)から算出した半減期は約30時間であり、血漿由来HSAと同様の体内動態特性を示した。5)オーフス大学Kragh-Hansen博士は平成11年10月23日11月7日の2週間余り熊本大学に滞在し、博士の訪問前に熊本大学で得られたアルブミン変異体の動態特性や生物学的性質について討議すると共に、今後の変異化について討議を重ね、来年度目標達成のために再来日して熊本大学にて長期にわたって研究を実施することを確認した。本研究では、現在臨床で大きな課題となっている血中半減期について、その顕著な延長を試み、アルブミン製剤の大幅な消費量削減の目的達成のため、国際共同研究を推進するものである。以下に得られた知見を要約する。1)精製した変異HSA(K199A、K439A、K525A及びK199A/K439A/K525A)の構造特性について、遠紫外及び近紫外領域CDスペクトル、抗HSAポリクローナル抗体を用いて検討した。その結果、二次構造、三次構造及び抗体の認識性に血漿由来HSAと有意な差は観察されなかった。2)変異HSAは化学的安定性、熱安定性、薬物輸送性及びエステラーゼ様活性において血漿由来HSAと有意な差は観察されなかった。3)^<125>Iでラベル化した変異体の静注後の血漿中濃度推移は2相性を示し、消失相(β相)から算出した半減期は、いずれの場合も血漿由来HSA(約30時間)より短かった。4)オーフス大学Kragh-Hansen博士は平成11年10月23日11月7日の2週間、平成12年5月1日10月29日、熊本大学に滞在し、アルブミン変異体の動態特性や生物学的性質について討議した。またロンドン大学インペリアル校Curry博士は平成12年9月27日10月6日、熊本大学に滞在し、変異体の構造特性について討議した。2人の海外共同研究者とは、今回のプロジェクトの目標達成のために密に連携を保つことを確認した。
動的再構成に基づく知能ロボット用並列VLSIプロセッサの最適設計

動的環境下での自律的動作を目指す知能ロボットシステムにおいては,高速応答性を実現するスーパーチップの開発が重要となる.本年度の研究においては,平成9年度の研究で得られた知見を元に,動的再構成に基づくロボット制御用ビットシリアル演算方式並列プロセッサアーキテクチャの有用性を実証することを目的としている.以下に,これまでの主な研究成果を示す.1.汎用部品による試作考案した並列プロセッサの有用性を実証するため,現有設備である論理設計CADシステムとプリント基板設計CADシステムにより,ビジュアルサーボVLSIの演算部について,汎用部品を用いてブレッドボードを設計した.また,このブレッドボードを試作するためには多層プリント配線板が必要となったため,多層プリント配線板を低コストで試作するシステムを独自に開発した.さらに,多チャンネルロジック信号発生器やロジックアナライザ等を用いて,試作した演算部の動作確認を行った結果,動的再構成という概念を導入した並列処理の有用性を確認できた.加えて,現有設備である5自由度ロボットマニピュレータとモノクロCCDカメラを用いてビジュアルサーボの実験を行うため,画像取り込みボードを新たに試作するとともに,システム開発用プラットフォームとしてのパソコン上でのシミュレーション環境を構築した.これにより,試作した回路を組み合わせた場合の制御実験結果と,パソコン上で処理した場合との比較を行うことを可能としている.2.ソフトウェア開発システムの構築試作したブレッドボードの汎用性を評価するため,ソフトウェア開発システムを構築した.この結果,従来構築してきたビットパラレル演算用のソフトウェア開発環境について,ビットシリアル演算による場合でも特別に複雑な処理を追加することなく,近似的に演算遅れ時間を最小化できることが明きらかとなった.動的環境下での自律的動作を目指す知能ロボットシステムにおいては,高速応答性を実現するスーパーチップの開発が重要となる.本年度の研究においては,ハードウェア量一定の条件下での絶対演算遅れ時間最小化のための理論的考察を行うとともに,CADシステムを用いた定量的評価を目的としている.以下に,これまでの主な研究成果を示す.1.理論的考察(1)ビジュアルサーボを例にとり,種々のハードウェアで処理する場合の演算遅れ時間などを検討した結果,空間的高並列処理において演算器の稼働効率を最大とすることができる,動的再構成に基づく並列プロセッサが最も優れていることが明らかとなった.(2)基本演算やデータ依存関係上の特長などを考慮してアーキテクチャを検討した結果,演算語長を動的に変化できるとともに,制御回路をも静的に再構成可能である並列プロセッサが演算性能の大幅な向上に有用であることが明らかとなった.(3)(1),(2)の結果に基づいて,線形計画法を改良した最適設計アルゴリズムを検討した結果,所望とする入力数の多入力積和演算器を再構成しながら空間的並列処理が可能であるという本並列プロセッサの特長が,並列プログラミングにおけるアロケーションやスケジューリングを極めて容易にすることができるため,線形計画法適用時の膨大な計算量を大幅に減少できる可能性があるという知見が得られた.2.CADシステムによる定量的評価論理回路設計CADシステムとLSIレイアウトCADシステムを用いて回路・配線面積および遅延時間の評価を行った結果,特にビットシリアルアーキテクチャに基づく再構成可能並列プロセッサが,限られたチップ面積での演算性能の最大化に極めて有用であることが明らかとなった.動的環境下での自律的動作を目指す知能ロボットシステムにおいては,高速応答性を実現するスーパーチップの開発が重要となる.本年度の研究においては,平成9年度の研究で得られた知見を元に,動的再構成に基づくロボット制御用ビットシリアル演算方式並列プロセッサアーキテクチャの有用性を実証することを目的としている.以下に,これまでの主な研究成果を示す.1.汎用部品による試作考案した並列プロセッサの有用性を実証するため,現有設備である論理設計CADシステムとプリント基板設計CADシステムにより,ビジュアルサーボVLSIの演算部について,汎用部品を用いてブレッドボードを設計した.また,このブレッドボードを試作するためには多層プリント配線板が必要となったため,多層プリント配線板を低コストで試作するシステムを独自に開発した.さらに,多チャンネルロジック信号発生器やロジックアナライザ等を用いて,試作した演算部の動作確認を行った結果,動的再構成という概念を導入した並列処理の有用性を確認できた.加えて,現有設備である5自由度ロボットマニピュレータとモノクロCCDカメラを用いてビジュアルサーボの実験を行うため,画像取り込みボードを新たに試作するとともに,システム開発用プラットフォームとしてのパソコン上でのシミュレーション環境を構築した.これにより,試作した回路を組み合わせた場合の制御実験結果と,パソコン上で処理した場合との比較を行うことを可能としている.2.ソフトウェア開発システムの構築試作したブレッドボードの汎用性を評価するため,ソフトウェア開発システムを構築した.この結果,従来構築してきたビットパラレル演算用のソフトウェア開発環境について,ビットシリアル演算による場合でも特別に複雑な処理を追加することなく,近似的に演算遅れ時間を最小化できることが明きらかとなった.
色素会合体被覆貴金属ナノ粒子による電極修飾とその光電変換特性

シアニン色素J会合体の励起子吸収帯強度は、近接する貴金属ナノ粒子中に誘起される表面プラズモンにより強く影響を受け、両者の空間的配置により抑制される場合もあれば増強される場合もありうる。本研究では、このように特異な分光特性を持った色素会合体-貴金属ナノ粒子複合体を電極表面に構築するとともに、その光電気化学特性の検討を試みた。我々はこれまで、貴金属ナノ粒子を原子レベルで平滑なマイカ上に作製してきたが、マイカ以外の幾分粗い表面をもつ基板上ではナノ粒子の生成条件が異なる。そのため本研究では、まず真空蒸着法を用い蒸着速度・時間、基板温度などを変え貴金属ナノ粒子形成のための最適蒸着条件を検討した。その結果、単分散性は必ずしも良くないものの、望みの平均粒径と吸収ピーク位置を持つ貴金属ナノ粒子を基板上に作製することができた。貴金属ナノ粒子上に、ハロゲン化法とアミノチオール自己組織化膜法によりシアニン色素J凝集体を担時できることも確認されたが、ナノ粒子と基板との接着性があまり良くなく、種々溶液に基板を浸漬したときナノ粒子が剥離してしまうことが多かった。スパッタ蒸着法を用いることによりナノ粒子の剥離が少なくなり、色素会合体-貴金属ナノ粒子複合体を電極表面に構築しその光電気化学特性を検討することが可能になった。一方、J会合体被覆貴金属ナノ粒子の蛍光減衰曲線や過渡吸収スペクトルを測定することにより、本複合体ナノ粒子の励起状態の緩和ダイナミクスに関する新たな知見を得た。光電変換は系の光励起状態から始まるため、励起状態の挙動を調べることは光電変換特性の理解にとって重要である。今後は、ナノ粒子の構造をコントロールしながら本系の光電気化学特性を励起状態緩和ダイナミクスとともに更に詳しく検討していく予定である。色素会合体の励起子吸収帯の強度は、近接する貴金属ナノ粒子中に誘起される表面プラズモンにより強く影響を受け、両者の空間的配置により増強される場合もあれば抑制される場合もある。本研究は2年計画で、このような特異な分光特性を持った色素会合体-貴金属ナノ粒子複合体を電極表面に構築し、この新たな修飾電極の光電気化学特性・光電変換特性を明らかにすることを目的としている。我々はこれまで、貴金属ナノ粒子を原子レベルで平滑なマイカ上にスパッタ蒸着法により作製してきたが、透明ガラス電極やスライドガラスのような幾分粗い表面をもった酸化物表面に真空蒸着法により作製する場合とでは、その生成条件は異なっていた。そのため本年度は、真空蒸着装置を用い蒸着時間、蒸着温度などの条件を変えつつスライドガラスおよび透明ガラス電極上に貴金属ナノ粒子を作製し、その生成条件を検討した。その結果、ナノ粒子の単分散性は必ずしも良くないものの、望みの平均粒径と表面プラズモン吸収ピーク位置を持つ金ナノ粒子および銀ナノ粒子を作製することに成功した。単分散性の向上については来年度も引き続き検討する予定である。一方、蒸着法により作製した貴金属薄膜は、スパッタ蒸着法で作製された薄膜同様に、ハロゲン化法とアミノチオール自己組織化膜法の2種類の手法でシアニン色素J凝集体を担時できることも確認された。更に、本年度は、本申請で設置した電気化学測定装置と既存の分光光照射装置などにより、光電気化学測定装置を組み上げた。本研究では、このような特異な分光特性を持った色素会合体-貴金属ナノ粒子複合体を電極表面に構築するとともに、その光電気化学特性の検討を試みた。

貴金属ナノ粒子はこれまで平滑なマイカ上に作製してきたが、ITO基板のような酸化物は幾分粗い表面をもつため、ナノ粒子の生成条件は異なる。そのため本研究では、まず真空蒸着法を用い蒸着速度・時間、基板温度などの条件を変えつつITO基板やスライドガラスのような酸化物表面に貴金属ナノ粒子を作製し、その生成条件を検討した。その結果、ナノ粒子の単分散性は必ずしも良くないものの、望みの平均粒径と表面プラズモン吸収ピーク位置を持つ金ナノ粒子および銀ナノ粒子を基板上に作製することができた。蒸着法により作製した貴金属ナノ粒子上に、ハロゲン化法とアミノチオール自己組織化膜法の2種類の手法でシアニン色素J凝集体を担時できることも確認されたが、ナノ粒子と基板との接着性があまり良くないため、種々溶液に基板を浸漬したときナノ粒子が剥離してしまうことが多かった。真空蒸着法の代わりにスパッタ蒸着法を用いることにより、ナノ粒子と基板との接着性が向上し色素会合体-貴金属ナノ粒子複合体を電極表面に構築することができ、その光電気化学特性を検討することが可能になった。一方、J会合体被覆貴金属ナノ粒子の過渡吸収スペクトルと蛍光減衰曲線をフェムト秒オーダーで測定することにより、本複合体ナノ粒子の励起状態の緩和ダイナミクスの検討も行った。光電変換は系の光励起状態から始まるため、励起状態の挙動を調べることは光電変換特性の理解にとって重要である。
亜鉛めっき鋼板の端面腐食機構解明とマルチフィジックス解析による高度防食技術の確立

本研究では,Zn系表面処理鋼板の端面腐食挙動を明らかにするために,電気化学マイクロセルを利用して腐食生成物が堆積した鋼板上でのアノードおよびカソード反応特性について検討した.そのため,端面腐食を模擬するZn/Steel対を利用した.Zn系腐食生成物は溶液組成およびZnめっきからの距離に応じて,堆積状況および組成が変化した.亜鉛系腐食生物の堆積はカソード反応をある程度抑制することがわかった.一方,アノード反応については,Mgを含む腐食生成物の抑制効果が大きいことがわかった.本研究の目的は,(1)亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食過程を詳細に測定し,その機構を解明すること,(2)マルチフィジックスシミュレーションを端面腐食機構の解析に適用し,精緻な端面腐食モデルを構築すること,(3)亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食を抑制する新規かつ高度な防食技術を確立することである.本年度においては,端面腐食を模擬するガルバニ腐食系に適用し,亜鉛系腐食生成物の保護作用についてカソード還元反応挙動から調査した.特に,腐食生成物の堆積状況や組成が異なる状態でのカソード反応特性を評価した.得られた成果は大きく分けて二つある.その一つは亜鉛腐食堆積量の違いが端面腐食のカソード反応の大きさに影響していることである.端面腐食を模擬した腐食対を塩化ナトリウム溶液中で腐食試験し,鋼板上に腐食生成物の堆積状態が異なる部分を準備した.それらの表面でのカソード反応を分極挙動より評価した結果,比較的厚い亜鉛腐食生成物が均一に堆積している部分では,腐食生成物の堆積が少ない部分と比べると,溶存酸素還元の拡散限界電流が約1/4となっており,亜鉛腐食生成物の厚さに応じてカソード反応が抑制されることが示された.ただし,水分解反応の開始電位が亜鉛腐食生成物の堆積が多い部分においてより卑な電位にあり,腐食生成物のバリヤー効果に加え反応活性にも影響している可能性があることがわかった.もう一つの成果は腐食生成物の組成がカソード反応速度に影響していることを明らかにしたことである.塩化マグネシウム水溶液中で腐食対を浸漬し,組成と堆積状況の異なる亜鉛腐食生成物を鋼板上に作製した.すなわち,亜鉛腐食生成物と亜鉛とマグネシウムからなる腐食生成物を鋼板上に形成した.これらの表面においてカソード電流の大きさは,後者の方が約1/3となっており,マグネシウムを含む亜鉛の腐食生成物のカソード反応が抑制されることを明らかした.本研究は,(1)亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食過程を詳細に測定し,その機構を解明すること,(2)シミュレーションを端面腐食機構の解析に適用し,精緻な端面腐食モデルを構築すること,(3)亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食を抑制する新規かつ高度な防食技術を確立することを目的として実施された.研究初年度では,亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食過程を,腐食生成物の堆積分布と電気化学特性の分布に着目して調査するため,微小電気化学測定装置を開発した.これにより,150um径程度の微小領域における電気化学特性分布の調査が行えた.2年目以降では,溶液組成,溶液濃度など腐食因子に対して,端面部の模擬試料となる亜鉛/鋼板対の腐食過程を調査した.具体的には,濃度の異なる塩化ナトリウムおよび塩化マグネシウム水溶液中における亜鉛の腐食速度調査,腐食生成物の堆積状況とその組成分析,腐食生成物堆積状況下における鋼板の電位およびアノード・カソード分極特性の調査を行った.その結果,研究最終年度までに,腐食生成物の堆積状況は亜鉛めっきからの距離に応じて変化すること,腐食生成物が堆積した鋼板上でのカソードおよびアノード反応いずれもが裸鋼板上より電流値が小さく,腐食生成物の堆積により反応速度が抑制されることがわかった.特にMgを含む亜鉛の腐食生成物や塩基性塩化亜鉛が堆積により反応の抑制が顕著であった.以上の成果より,亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食機構と環境因子の影響について明らかにした.また,Mgイオンを含む環境において反応抑制効果について知見が得られ,新しい防食技術への応用が期待された.これらの成果によって,おおよその研究目的を達成できた.しかし,マルチフィジックスシミュレーション援用による端面腐食モデル確立については,種々の腐食生成物が堆積した鋼板上での電気化学特性データベースの構築が必要であり,今後の課題である.本研究では,Zn系表面処理鋼板の端面腐食挙動を明らかにするために,電気化学マイクロセルを利用して腐食生成物が堆積した鋼板上でのアノードおよびカソード反応特性について検討した.そのため,端面腐食を模擬するZn/Steel対を利用した.Zn系腐食生成物は溶液組成およびZnめっきからの距離に応じて,堆積状況および組成が変化した.亜鉛系腐食生物の堆積はカソード反応をある程度抑制することがわかった.一方,アノード反応については,Mgを含む腐食生成物の抑制効果が大きいことがわかった.本研究の目的は,(1)亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食過程を詳細に測定し,その機構を解明すること,(2)マルチフィジックスシミュレーションを端面腐食機構の解析に適用し,精緻な端面腐食モデルを構築すること,(3)亜鉛系表面処理鋼板の端面腐食を抑制する新規かつ高度な防食技術を確立することである.これらの目的を達成することにより,端面腐食の全過程を実験とシミュレーションにより完全に把握し,亜鉛系表面処理鋼板を6価クロムフリーのエコロジーでより防食性能を発揮できる高級耐食鋼板へ進化させる指針を得る.すなわち,亜鉛の犠牲

溶解反応速度を制御し,腐食生成物の保護作用を早期に発揮させることで,端面腐食を抑制するといった"(亜鉛の)錆で(鉄の)錆を制する"ことができる新規かつ高度な防食技術を確立する.本研究では,液膜厚さ,塩濃度,乾湿繰り返しなど端面腐食系パラメータに対して端面の電気化学特性を詳細に測定するマイクロ電気化学測定装置を開発する.次に,端面腐食挙動を評価できる数理モデルを構築し,測定データを利用して,静電場ーイオン輸送ー化学反応を連成したマルチフィジックス解析を行う.得られた結果を実験結果と比較し,モデルの妥当性の評価と最適化を行う.最後に,解析データを使って腐食環境の経時変化と亜鉛めっき層の溶解速度変化および腐食生成物形成とその広がりとの相関を調査し,端面腐食抑制の指針を得る.本年度においては,マイクロ電気化学装置の開発を行い,システムの構築,電気化学計測装置の製造に成功した.さらに,静電場ーイオン輸送ー化学反応を連成した解析を端面腐食系が電解質水溶液内に浸漬下状態を仮定して行い,電位,電流,イオン,腐食生成物堆積分布についての知見を得ることができた.本年度の計画は,昨年度構築した装置性能の向上と端面腐食系の電気化学データの集積,マルチフィジックスシミュレーションの準備であった.始めに,昨年度作製した電気化学プローブシステムの性能向上に努めた.この結果,表面観察および電気化学信号の安定測定ができるようになり,システムがよりいっそう使いやすくなった.このシステムを用い,亜鉛めっき鋼板端面部の模擬試料である亜鉛/鋼板対の腐食過程で形成した腐食生成物の特性について測定した.特に,本年度予定していた濃度およびアニオン種が異なる溶液中において堆積した腐食生成物表面での分極特性を評価できた.また,電気化学特性データを利用して,静電場ーイオン輸送ー化学反応を連成した端面腐食過程のマルチフィジックス解析の予備試験を実施した.以上から当初の計画をほぼ実施できており,研究が順調に進展している.平成23年度では,マルチ電気化学プローブシステムの開発をまず実施した.具体的には,まず光学顕微鏡システムを構築し,次に観察ステージ駆動システム構築と制御プログラムの作成,電気化学計測装置の作製を行った.これにより,本年度計画において,ほぼ想定した計測システムの開発が行えた.ただ,プログラムの調整,計測システムの改良は引き続き必要と考えられる.また,本年度においては,先行して平成24年度実施予定のマルチフィジックスシミュレーションを簡単な端面腐食系に対して実施した.これにより,電位電流イオン分布と腐食生成物の堆積分布を計算できた.すなわち,電場解析と化学反応解析を連成した解析に成功し,実際の端面腐食系への解析技術の適用が行えるめどがたった.以上から,本年度計画においては,一部の改良を除いてほぼ予定通り実施し,また次年度計画に対しても予備実験を実施したといえるため,おおむね計画通り研究を進展させることができているといえる.次年度が本研究の最終年度になっている.
アドレナリン性伝達促進のシナプス前終末内グアニル酸シクラーゼカスケードの解析

ニワトリ胚毛様体神経節の巨大シナプス前終末において、ノルアドレナリンが、α-アドレナリン性受容体ともβ-アドレナリン性受容体とも異なる未知のアドレナリン性受容体を介して、シナプス前終末からの伝達物質放出を増強した。この応答の細胞内シグナル伝達系を解析し、以下の結果を得た。(1)cGMPが、ノルアドレナリン増強のセカンドメッセンジャーとして機能している。(2)cGMPはPKGを活性化し、開ロ放出関連蛋白のリン酸化を介して、細胞内Ca^<2+>センサーのCa^<2+>受容能を増大させることにより、シナプス小胞のCa^<2+>依存性開口放出を増強する。(3)ノルアドレナリンの作用が一酸化窒素を介さない。ゆえに、このアドレナリン性受容体は、薬理学的性質のみならず共役する細胞内シグナル伝達系においても、現在までに報告されているアドレナリン性受容体と異なる新しい受容体(GC-アドレナリン性受容体)であると結論される。GC-アドレナリン性受容体が膜結合型グアニリル酸シクラーゼであるとの仮説に基づいて、受容体cDNAをクローニングし、構造を決定することを試みた。中脳Edinger-Westphal(EW)核cDNAをテンプレートとしてPCR増幅し、膜型グアニル酸シクラーゼretinal guanylyl cyclase2(GC2F)のホモログを確認した。GC2Fは生理的なリガンドの知られていないいわゆるorphan receptorなので、これがGC-アドレナリン性受容体そのものであるのかは今後の研究課題である。ニワトリ胚毛様体神経節を用いて、報告者らがすでに発表した新しいアドレナリン性受容体の細胞内情報伝達機序を解析した。α-アドレナリン性受容体アンタゴニストとβ-アドレナリン性受容体アンタゴニストの共存下において、ノルアドレナリンはシナプス前終末からの伝達物質放出を増強した。このノルアドレナリンの作用は、cGMP特異的フォスフォジエステラーゼを阻害することにより促進された。また、膜透過性cGMPアナログ、8Br-cGMPにより、伝達物質放出が増強された。このとき、ノルアドレナリンの追加により付加的な増強は認められなかった。これに対し、cAMP特異的フォスフォジエステラーゼの阻害は、ノルアドレナリンの作用を促進しなかった。また、8Br-cAMPは伝達物質放出を増強しなかった。ノルアドレナリンの追加は、コントロールと同程度の増強を引き起こした。以上により、cAMPではなくcGMPが、ノルアドレナリン増強のセカンドメッセンジャーであることが示唆された。パッチ電極を介してシナプス後細胞に高濃度のcGMPを投与した状態においても、ノルアドレナリンは、非投与時と同様の伝達物質放出の増強を引き起こした。このことから、cGMPはシナプス前終末で増大していることが示唆された。ノルアドレナリンの作用は、cGMP依存性プロテインキナーゼPKGの特異的阻害薬により、著明に抑制された。以上の結果をまとめると、報告者らが見いだした新しいノルアドレナリン受容体は、グアニリルシクラーゼを活性化し、シナプス前終末内においてcGMPを増大させる。cGMPはPKGを活性化し、開口放出関連蛋白をリン酸化することにより、細胞内Ca^<2+>センサーのCa^<2+>受容能を増大させることにより、シナプス小胞のCa^<2+>依存性開口放出を増強することが示唆された。申請者らがニワトリ胚毛様体神経節のシナプス前終末に見いだした新しいアドレナリン性受容体がcGMPをセカンドメッセンジャーとすることを示唆する研究結果について、昨年度報告した。これを発展させて、本年度は、この新しいアドレナリン性受容体により活性化されるグアニル酸シクラーゼについて研究した。一酸化窒素NOにより活性化される可溶性グアニル酸シクラーゼの関与を検討する目的で、NO合成酵素阻害薬N^ω-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME)

100μMで1時間以上前処理の後、シナプス後細胞からパッチ電極ホールセル電位固定化(-60 mV)に、ノルアドレナリンの効果を判定した。ノルアドレナリン10μMは、L-NAME前処理をしないときと同程度に興奮性シナプス電流EPSCを2.35±0.33倍(5例の平均値と標準誤差、以下同じ)に増強し、両者に有意差は認められなかった(p>0.5)。NO除去剤のヘモグロビン30μM存在下においても1.54-10.8倍(3例)のノルアドレナリンの増強効果が認められ、非存在下におけるノルアドレナリンの効果と有意差はなかった(p>0.2)。一方NOドナーのsodium nitroprusside(SNP)のシナプス前終末に対する作用を3-isobutyl-1-methyl xanthine(IBMX)100μM存在下に素量解析した。SNP100μM存在下における平均素量放出数はコントロールの0.93±0.16で有意差は認められなかった(p>0.5)。素量の大きさはコントロールの1.02±0.01で有意差は認められなかった(p>0.2)。強力なNOドナーの(±)-(E)-4-Methyl-2-[(E)-hydroxyimino]-5-nitro-8-methoxy-3-hexenamide(NOR1)20μMもIBMX100μM存在下にEPSCを増強しなかった(コントロールの0.88±0.14、5例、p>0.3)。すなわち、新しいノルアドレナリン受容体はNOを介さずにグアニル酸シクラーゼを活性化することが示唆された。前年度までの研究から、ニワトリ胚毛様体神経節の巨大シナプス前終末において、ノルアドレナリンがα-アドレナリン性受容体ともβ-アドレナリン性受容体とも異なる未知のアドレナリン性受容体(GC-アドレナリン性受容体)を介して、グアニル酸シクラーゼ→cGMP→G-キナーゼカスケードを活性化することを明らかにした。昨年度の研究結果は、この受容体が膜結合型グアニリル酸シクラーゼであることを示唆する。本年度は、GC-アドレナリン性受容体cDNAをクローニングし、構造を決定することを試みた。毛様体神経節の巨大シナプス前終末の胞体は中脳Edinger-Westphal(EW)核に存在するので、孵卵14日のニワトリ胚の中脳をスライスし、実体顕微鏡下にEW核を同定し、パンチアウトした。約300個のEW核をホモゲナイズし、RNAを20μg抽出した。このRNAから逆転写によりcDNAを作成した。膜型および可溶型グアニル酸シクラーゼの酵素活性部位のアミノ酸構造間で高度に保存されている配列に注目し、Forward,ReverseそれぞれのオリゴDNAプライマーをデザインした。これらを用いて、逆転写により得られたEW核cDNAをテンプレートとしてPCR増幅し、28個のサブクローンを得た。これらの内、可溶型グアニル酸シクラーゼα_1,β_1,β_2のホモログと、膜型グアニル酸シクラーゼretinal guanylyl cyclase2(GC2F)のホモログを確認した。
チオレドキシンペルオキシダーゼがマラリア原虫の宿主寄生適応に果たす役割の解明

チオレドキシンペルオキシダーゼ2-Cys型Prx遺伝子を欠損するローデント(ネズミ)マラリア原虫について、これまでに観察された表現型発現のメカニズムを調べた。(1)哺乳類赤血球内でのガメートサイト(生殖母体)の分化誘導・形成阻害について:赤内期原虫タンパク質の二次元電気泳動解析から、この表現型にタンパク質リン酸化が関与することが示唆された。また(2)スポロゾイト(感染型原虫)の哺乳類宿主への感染性の低下について:マウス感染モデルを用いたRT-PCR解析から、この表現型が、スポロゾイトの障害ではなく、肝内型原虫の発育阻害に起因することが示唆された。(1)ガメトサイト分化誘導過程で2-Cys型Prxが果たす役割の解析ローデントマラリア原虫をマウスで連続経代して、2-Cys型Prx遺伝子欠損(Prx KO)の表現型に類似して、ガメトサイト(生殖母体)形成能が変異した原虫を作製した。同原虫について、ガメトサイト分化誘導時期のタンパク質発現プロファイルを、二次元電気泳動法で親株のそれと比較した。差異が認められるスポットについてLC-MS/MSによる質量解析をおこない、表現型関連タンパクの同定を試みた。2-Cys型Prx遺伝子欠損原虫での同実験も含めて、現在各原虫間でのタンパク質発現プロファイルの比較解析を進めている。(2)オーシスト発育過程で2-Cys型Prxが果たす役割の解析2-Cys型Prxには、オーシスト核DNAの保護作用が考察されるが、その核への移行には他の分子との相互作用が必要と考えられる。今年度は、酵母ツーハイブリッド法を用いて、ローデントマラリア原虫cDNAライブラリーを対象に、Prxと相互作用する分子の同定を進めたが、一次スクリーニングの過程で選択された候補分子の数が少なく(10以下)、二次スクリーニングへと実験を進めることができなかった。そこで、GFPやHAタグ付きのPrx分子を発現する遺伝子組換え原虫を作製し、免疫沈降法等を応用して、Prxと相互作用するタンパク質を同定する実験を再計画して、その準備に着手した。(3)スポロゾイトの哺乳類感染過程で2-Cys型Prxが果たす役割の解析Prx KOスポロゾイトのマウス接種試験と定量RT-PCR法を用いて、スポロゾイトの肝細胞への侵入と発育にPrxが果たす役割を検証した。その結果、Prx KOスポロゾイト接種マウスでは赤内型出現の潜伏期が延長した。一方、Prx KOスポロゾイトは野生型(WT)と同等にマウス肝実質に侵入した。また、Prx KOスポロゾイトはWTと同様に肝内型原虫に分化した。これらの成績から、Prx KOスポロゾイト接種マウスで観察された潜伏期の延長は、肝内型原虫の発育障害に起因すると考察された。Prxの肝臓型原虫の発育に果たす役割の解明について、今後更に詳細な観察を継続する予定でいる。(1)ガメトサイト分化誘導過程で2-Cys型Prxが果たす役割の解析ローデントマラリア原虫をマウスで連続経代して、2-Cys型Prx遺伝子欠損(Prx KO)の表現型に類似して、ガメトサイト(生殖母体)形成能が変異(低下)した原虫を作製した。その結果、ガメトサイト形成能変異(低下)原虫では、Glycerol-3-phosphate dehydrogenase、L-laotate dehydrogenase、EnolaseおよびElongation factor 1 alphaの発現上昇とHSP70の発現低下が観察された。2-Cys型Prx遺伝子欠損原虫での同実験もおこない、現在各原虫間でのタンパク質発現プロファイルの比較解析を進めている。(2)オーシスト発育過程で2-Cys型Prxが果たす役割の解析2-Cys型Prxにはオーシスト核DNAの保護作用が考察されるが、その核への移行には他の分子との相互作用が必要と考えられる。今年度は、Prx核移行の確認と免疫沈降法を応用したPrx相互作用タンパク質の同定を目的に、GFPタグ付きのPrx分子を発現する遺伝子組換え原虫を作製した。融合タンパク質発現遺伝子とピリメタミン耐性変異型dhfrts(mt)マーカー遺伝子を野生型dhfrts(WT)locusに挿入してトランスジェニック原虫を作製した。限外希釈法でクローニングした赤内型トランスジェニック原虫の細胞質でのGFP発現を共焦点レーザー顕微鏡観察で確認した。現在、昆虫ステージでのGFP発現の観察実験と、Prx相互作用タンパク質の同定実験を進めている。

(1)ガメトサイト分化誘導過程で2-Cys型Prxが果たす役割の解析2-Cys型Prx(TPx-1)遺伝子欠損ローデントマラリア原虫接種ローデントから原虫細胞をサンプリングして、赤内型原虫のタンパク質発現プロファイルを親株のそれと比較した。リン酸化タンパク質特異的蛍光プローブを用いた二次元電気泳動法を利用して、網羅的な比較解析をおこなったところ、両者でリン酸化タンパク質のスポットパターンが異なることが見出された。現在、差異が認められるスポットの再現性の検証、およびLC-MS/MSによる質量解析を計画している。(2)オーシスト発育過程で2-Cs型Prxが果たす役割の角析TPx-1にはオーシスト核DNAの保護作用が考察されるが、その核への移行には他の分子との相互作用が必要と考えられる。今年度は、GFPタグ付きのTPx-1トランスジェニックローデントマラリア原虫について、同分子の細胞内局在を、ステージ毎に共焦点レーザー顕微鏡で観察した。赤内型トランスジェニック原虫ではGFPシグナルが原虫細胞質に観察され、以前に報告されたこの分子の細胞内局在が検証された。蚊中腸オーシストでは、GFPシグナルは主に原虫細胞質に観察され、核へのTPx-1の移行を観察することができなかった。GFPタグによる影響を考察して、現在、特異抗体を用いた昆虫ステージ全般でのTPx-1発現プロファイル観察実験を計画している。(3)スポロゾイトの哺乳類感染過程で2-Cys型Prxがたす役割の解析ローデントマラリア原虫スポロゾイト接種実験をin vitro培養細胞(HepG2細胞)を用いておこなった。細胞内に侵入・寄生した原虫を特異抗体(抗Circumsporozoite[CS]抗体あるいは、抗Prx抗体)を用いた間接蛍光抗体法で観察した。その結果、同原虫肝内型ステージでのTPx-1、および1-Cys Prxの発現が確認された。現在TPx-1 KO原虫の肝内型増殖について観察する実験を計画している。
氷への物質の溶解の探究

気相の孤立金属化合物クラスターと水分子との逐次反応、また、水クラスターとの反応を観測することで、水や氷への物質の溶解と引き続く反応を原子・分子スケールで探究した。アルミニウムクラスター正イオン、鉱物クラスター負イオンへの水分子吸着と反応を調べ、水和と引き続く反応のメカニズムを明らかにした。さらに、水と同様に水素結合ネットワークを形成するアンモニアに着目し、タンタルクラスター正イオンへのアンモニアの逐次的な吸着(溶媒和)と、窒化のメカニズムを解明した。サイズや温度に応じて構造が多彩に変化する水クラスターに着目し、氷への物質の溶解・析出現象の解明を目指している。水クラスターへの物質の溶解を観察するとともに、水クラスターに溶解した金属クラスターの反応から、水・氷の構造と物質の溶解の関係、さらには氷中での化学反応について探究する。計画初年度の本年は、まず水クラスター源を設計・製作した。水クラスター源は、研究室に既存のクラスター反応・分析装置と組み合わせて使用する。生成したクラスターを電子衝撃によりイオン化できるように設計し、イオン化部の後に設置した四重極質量選別器により、水クラスターのサイズを制御することができる。また、既存のイオントラップを改良し、液体窒素温度から室温までの間で温度を制御できるように設計した。一方で、本装置の立ち上げと並行して、金属クラスターへの水分子の吸着と溶媒和の過程を調べる実験を行った。具体的には、金、銀、アルミニウム、シリコン酸化物などのクラスターへの水分子の吸着について調べた。特に、アルミニウムクラスターに水分子が逐次的に吸着する反応ついて、その過程と水和構造について考察し、原著論文にて発表した。今後は、これまでに得られた知見を基に実験を進め、水クラスターの構造と塩の溶解の関係を明らかにする。計画初年度に設計・製作した装置を使用し、水クラスターを生成した。水クラスター生成部の直下に設置したフィラメントにより、電子衝撃でイオン化し、水クラスターの生成を観測した。装置のアラインメントを精密に行うことで、生成した水クラスターはイオントラップを通過し、下流のディテクターでも検出された。また、昨年度製作した装置に改良を加え、イオントラップを液体窒素温度までの低温に冷却できるようにした。以上のように、装置立ち上げ等の準備で実験環境が整い、水クラスターからの塩の析出の実験、イオントラップ中での金属クラスターと水クラスターとのクラスター同士の反応実験を開始した。一方で、金属クラスターへの溶媒和の過程を調べる実験を進めている。具体的には、銀、マグネシウム酸化物、シリコン酸化物などのクラスターへの水、一酸化炭素およびアセトンなどの分子吸着について調べた。その結果、シリコン酸化物クラスターへの一酸化炭素の吸着サイトを明らかにした。また、銀クラスターへのアセトンおよび水分子の吸着においては両者の吸着反応が競合して起こるが、双極子モーメントの大きいアセトンが優先的に吸着することが分かった。初年度に設計した装置の一部に納品の遅れが生じたが、本年度初めに納品され、概ね予定通りに装置の立ち上げを行うことができた。これまでの準備で環境が整い、金属クラスターと水クラスターのクラスター同士の反応実験を推進しているところである。一方で、金属クラスターおよび金属酸化物クラスターの溶媒和の観測や、溶液滴の真空中での冷却と凍結過程の観測を推進することで、研究の進捗に遅れが出ないように進めた。以上のことから、おおむね順調に進展していると評価した。サイズ・温度に応じて構造を多彩に変化させる水クラスターに着目し、氷への物質の溶解現象とその過程の解明を目指している。前年度までに設計・製作した装置を使用して水クラスターを生成し、電子衝撃によりイオン化して検出した。フィラメントからの電子によってパルスバルブが加熱されて温度が上昇し、長時間にわたる水クラスター生成が行えないという問題があった。イオン化装置を改良することで、温度上昇を抑え、長時間の使用を可能にした。本装置を用い、水クラスターへの金属クラスターの溶解およびクラスター同士の反応実験を推進した。しかし、イオントラップ中の金属クラスターイオンと水クラスターのビーム軸を合わせることの難しさなどから、水クラスターのサイズ・温度と溶解との関係を系統的に調べるには至っていない。そこで、上記の実験と平行して、金属クラスターや金属酸化物クラスターを水分子と一分子ずつ逐次的に反応させ、溶解(溶媒和)過程を調べる実験を行った。具体的には、銀、アルミニウム、珪素、マグネシウム、酸素から成るクラスターを生成し、水やアセトン分子が逐次的に吸着する様子を観測した。酸化珪素クラスター負イオンと水との反応では、主に水分子の吸着が観測され、水分子はOHとHとに解離して吸着することが分かった。この時、OHとHは、二つのSiO3(OH)四面体を形成するようなサイトに吸着することが分かった。多くのサイズ・組成のクラスターで水分子の吸着が観測されたが、このような構造を形成できないクラスターでは、吸着が観測されなかった。また、吸着サイトは酸化珪素クラスター上に局在した半占軌道(SOMO)の位置に支配されることが見出された。以上の様に、水の吸着(水和、水・氷への溶解)に有利な構造が明らかとなった。