hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ユウロピウムから構成される量子サイズ半導体ナノ結晶の合成と光物理特性

2)効果的に粒子表面を有機物が保護することで、結晶表面の失活準位が減少した、といった可能性が考えられる。今後は、粒径制御について検討を行っていく予定である。現在、光通信や光記録、光エネルギーなど次世代の社会基盤となる光技術や光材料の研究開発が盛んに行なわれている。申請者は、これまでEuSナノ結晶の合成と光アイソレータ材料としての評価(Faraday効果測定)を行ってきた。今年度は、光アイソレータから、さらに広く光材料と観点を広げて研究を行った。申請者はナノサイズの空間を有するホスト材料に着目した。ホスト材料の内部ヘゲスト化合物として光機能材料(有機分子や錯体)を導入または合成した。これにより、モルフォロジーや周囲の環境の影響から、高性能化が見込まれる。はじめに、ゼオライト細孔内部に有機分子(4-アセチルビフェニル)と金属カチオンを共存させたナノハイブリッドを構築した。4-アセチルビフェニルは溶液中では蛍光を示さないが、ナノハイブリッド化による希土類カチオンとの共存によって、青色蛍光が発現することを見出した。また、Gdイオンと共存させたナノハイブリッドにおいては、室温でのりん光発光の発現にも成功した。溶液系における有機カルボニル化合物の光物理過程に対する金属カチオンの効果との対比により、ゼオライト環境について考察した。また、ゼオライトのようなホストを利用したナノハイブリッドにおいては、ゲストの存在位置(細孔への内包か外表面吸着か)の特定が重要な問題となる。しかし、その位置を明確に示すことは一般的方法(NMR、IR測定、TEM観察)では困難である。ゲストの存在位置は、ナノハイブリッドの物性に決定的影響を及ぼすと考えられることから、ゲストの位置の明確化はナノハイブリッドの研究において重要である。ここでは、具体的に、ゼオライト細孔に発光性ゲスト(フルオレセイン)を内包したナノハイブリッドにおいて、C_<60>による発光の消光現象を利用することでゲストの内包を明確に示した。
NRDCによる洞房結節自動能制御機構および家族性洞不全症候群における意義の解明

多機能タンパク質ナルディライジン(NRDC)の全身性遺伝子欠損マウスは、高度の徐脈を呈する。その原因の一つは、家族性洞不全症候群の原因遺伝子の一つであるイオンチャネル(HCN4)の発現低下によるIf電流の低下であることが明らかとなった。今年度はさらに、前年度までに得られた結果をもとに仮説を立て直した。つまり「NRDCが核内において、転写因子と複合体を形成し、HCN4をはじめとする洞房結節自動能に必須のイオンチャネルの遺伝子発現を制御する」という仮説のもと、以下の検討を行った。(1)NRDCが洞房結節自動能に関わるイオンチャネルの遺伝子発現を制御するのか:抗NRDC抗体及びマウス由来心クロマチンを用いたChIP法を行い、NRDCが実際にHCN1, HCN4, Cav3.1の転写調節領域(プロモーター及びエンハンサー領域)に結合することを見出した。(2)心房(洞房結節)特異的NRDC欠損マウス(Sln-NRDC-CKO)の解析:心電図テレメトリーシステムを用いて解析を行った結果、同マウスが徐脈を呈することが明らかとなった。さらに心臓での遺伝子を検討したところ、全身性NRDC欠損マウスとほぼ同様のイオンチャネル群の発現低下を認めた。(3)酵素活性欠失型異NRDCノックインマウスの作製:NRDCによる転写制御に自身の酵素活性が必要である可能性が細胞実験系で見出された。NRDCのプロテアーゼ活性が生体でどのような意義を持つのかを明らかにするために、酵素活性欠失型NRDCノックインマウスを作製した。現在ノックインマウスが得られる前段階まで来ており、間もなく解析が可能となる。(4)遺伝子改変マウスや電気生理学的検討(パッチクランプ)で得られた結果をもとに、シミュレーションを行うこととした。前年度では(2)の心房・洞房結節特異的NRDC欠損マウスの解析結果がまとまり、全身性NRDC欠損マウスの表現型を再現するものとなったため。今後は(3)の酵素活性欠失型NRDCノックインマウスの表現型が、全身性NRDC欠損マウスや心房・洞房結節特異的NRDC欠損マウスの表現型と同じであるのか否かを確認する。さらに、洞房結節細胞に特化した電気生理学的なシミュレーションを用いて、NRDCによって発現が制御されているイオンチャネル群の徐脈への寄与の程度について明らかにする予定である。多機能タンパク質ナルディライジン(NRDC)の遺伝子欠損マウスは、高度の徐脈を呈する。その原因は、家族性洞不全症候群の原因遺伝子の一つであるイオンチャネル(HCN4)の発現低下によるIf電流の低下であることが明らかとなった。本研究では「NRDCが核内において、転写因子と複合体を形成し、HCN4の発現を制御する」という仮説のもと、NRDCによる、生理的状態と家族性洞不全症候群における洞房結節自動能制御の役割解明を目的とし以下の検討を行った。(1)NRDCがHCN4の上流に存在し、転写を制御するのか:抗NRDC抗体及びマウス心臓由来クロマチンを用いたChIP法を行い、NRDCが実際にHCN4の転写調節領域(プロモーター及びエンハンサー領域)に結合することを見出した。また、そこにNRSFなどの転写因子が関与する可能性が見出された。(2)心房(洞房結節)特異的NRDC欠損マウス(Sln-NRDC-CKO)の解析:心電図テレメトリーシステムを用いて、同マウスが徐脈を呈するかどうかを検討した。現在データ取得を終え解析中である。(3)酵素活性欠失型変異NRDCノックインマウスの作製:NRDCによる転写制御に自身の酵素活性が必要である可能性が細胞実験系で見出された。NRDCのプロテアーゼ活性が生体内でどのような意義を持つのかを明らかにするために、酵素活性欠失型NRDCノックインマウスを作製した。現在ヘテロマウスが生まれており、ホモノックインマウスを得るために交配中である。(4)家族性洞不全症候群におけるNRDCの意義の解明:既に同意を得た家系において遺伝子解析を行い変異NRDCの検索を行ったが、解析症例42例の中から新たな遺伝子変異は同定されなかった。実験計画に挙げた4項目のうち、(4)はネガティブデータであったが、それ以外についてはおおむね予定通り実験が進んでおり、想定外のトラブルなく計画通りに実験が進んでいるため。(2)心房(洞房結節)

特異的NRDC欠損マウス(Sln-NRDC-CKO)の解析:心電図テレメトリーシステムを用いて解析を行った結果、同マウスが徐脈を呈することが明らかとなった。さらに心臓での遺伝子を検討したところ、全身性NRDC欠損マウスとほぼ同様のイオンチャネル群の発現低下を認めた。(3)酵素活性欠失型異NRDCノックインマウスの作製:NRDCによる転写制御に自身の酵素活性が必要である可能性が細胞実験系で見出された。NRDCのプロテアーゼ活性が生体でどのような意義を持つのかを明らかにするために、酵素活性欠失型NRDCノックインマウスを作製した。現在ノックインマウスが得られる前段階まで来ており、間もなく解析が可能となる。(4)遺伝子改変マウスや電気生理学的検討(パッチクランプ)で得られた結果をもとに、シミュレーションを行うこととした。前年度では(2)の心房・洞房結節特異的NRDC欠損マウスの解析結果がまとまり、全身性NRDC欠損マウスの表現型を再現するものとなったため。ヒト洞不全症候群症例におけるNRDC遺伝子の変異検索は、倫理的側面、DNAサンプルの採集の面から研究期間内に執り行うことは困難であると判断した。(1)については再現性を含めさらなる分子メカニズムの解明にあたり、(2)(3)を明らかにするべく研究を継続する。今後は(3)の酵素活性欠失型NRDCノックインマウスの表現型が、全身性NRDC欠損マウスや心房・洞房結節特異的NRDC欠損マウスの表現型と同じであるのか否かを確認する。さらに、洞房結節細胞に特化した電気生理学的なシミュレーションを用いて、NRDCによって発現が制御されているイオンチャネル群の徐脈への寄与の程度について明らかにする予定である。項目「その他」にあたる動物実験使用料が今年度は予定よりも安価に済んだが、次年度は動物実験の再現性を取るために交配・繁殖を行うため、繰り越し分も有効活用する予定である。マウスの交配や解析にかかる費用が多額であり、次年度分と合わせて使用する必要が生じたため
2,3次元多様体の同相群及び部分群のホモトピー型及び位相型の研究

本研究では,曲面上の様々な同型群や曲面への埋め込み空間のホモトピー型及び無限次元多様体としての位相型の分類の研究を行い,次の結果を得た:1.曲面の同相群からコンパクト部分多面体の埋め込み空間への制限写像が主バンドルになることを示し,さらに,そのファイバーが連結になる条件を求めた。応用として,コンパクト曲面の同相群のホモトピー型を基に,非コンパクト連結曲面の同相群の連結成分のホモトピー型を分類し,わずかな例外を除いて可縮となることを示した。2.コンパクト曲面の同相群及びPL・リプシッツ同相の成す部分群の無限次元多様体としての性質と1.の結果を組み合わせて次の結果を得た:(1)非コンパクト連結曲面の同相群の連結成分がl_2-多様体になることを示し,位相形を分類した,(2)非コンパクト連結曲面のPL・リプシッツ同相の成す部分群の連結成分の無限次元多様体としての性質を調べ,位相形を分類した,(3)コンパクト多面体の曲面への埋め込み空間やPL・リプシッツ埋め込みの成す部分空間の無限次元多様体としての性質を調べた。3.コンパクトリーマン面上の擬等角同相写像の成す群(非コンパクト連結リーマン面の場合は,その単位連結成分)がΣ-多様体になることを示し,その単位連結成分の位相型を決定した。4.連結多面体の曲面への埋め込み空間の連結成分のホモトピー型・位相型の分類を行った。5.コンパクト多面体Xの曲面Mへの埋め込み空間からXと同相なMの部分空間全体の成す空間(Frechet位相)への自然な写像が主バンドルになることを示した。さらに,研究分担者により,無限次元多様体や写像類群に関する結果が得られている。本研究は,2・3次元多様体の同相群及び部分群の研究を中心に,リーマン面上の擬等角写像,タイヒミュラー空間,曲面の写像類群,さらに同相群を含めた様々な関数空間の無限次元位相多様体としての性質等の関連する問題も含めて,幾何・解析・代数学の多方面からの研究を目指している。現在までの研究経過として,代表者矢ヶ崎は,曲面の同相群の研究により,曲面の同相群から部分多面体の埋め込みの空間への制限写像が主バンドルとなることを示し,さらにそのファイバーが連結となる条件を求め,その応用として,非コンパクトな曲面の同相群の単位連結成分のホモトピー型を分類し,わずかな例外を除いて可縮となることを示した。さらに,この連結成分がl_2-多様体と呼ばれる無限次元位相多様体となることを示し位相形も分類した。また,リーマン面上で,擬等角同相写像の成す群が,Σ-多様体と呼ばれる無限次元位相多様体になることを示し,この位相型も決定した。現在,PL・リプシッツ・擬等角同型の群の無限次元位相多様体の組みとしての型の問題や,曲面の部分多面体の埋め込みの空間のホモトピー型・位相型の研究を継続中である。また,分担者米谷氏は,境界付きコンパクトリーマン面R_0のタイヒミュラー空間T(R_0)の内部で,要素(R,g)でgが正則な埋め込みにホモトピックなもの全体が部分領域となることを示し,その形状の研究を進めている。さらに,朝田氏は,代数曲線の代数的基本群やpro-l基本群でのガロア表現の研究により,pro-l写像類群の性質や代数曲線のモジュライ空間の代数的基本群のモノドロミー表現の忠実性についての結果を得ている。また,酒井氏は,様々な関数空間の無限次元位相多様体しての基本的な性質の研究を継続中であり,同相群の様々な部分群の位相型の研究への応用が期待される。

本研究では,曲面上の様々な同型群や曲面への埋め込み空間のホモトピー型及び無限次元多様体としての位相型の分類の研究を行い,次の結果を得た:1.曲面の同相群からコンパクト部分多面体の埋め込み空間への制限写像が主バンドルになることを示し,さらに,そのファイバーが連結になる条件を求めた。応用として,コンパクト曲面の同相群のホモトピー型を基に,非コンパクト連結曲面の同相群の連結成分のホモトピー型を分類し,わずかな例外を除いて可縮となることを示した。2.コンパクト曲面の同相群及びPL・リプシッツ同相の成す部分群の無限次元多様体としての性質と1.の結果を組み合わせて次の結果を得た:(1)非コンパクト連結曲面の同相群の連結成分がl_<2->多様体になることを示し,位相形を分類した,(2)非コンパクト連結曲面のPL・リプシッツ同相の成す部分群の連結成分の無限次元多様体としての性質を調べ,位相形を分類した,(3)コンパクト多面体の曲面への埋め込み空間やPL・リプシッツ埋め込みの成す部分空間の無限次元多様体としての性質を調べた。3.コンパクトリーマン面上の擬等角同相写像の成す群(非コンパクト連結リーマン面の場合は,その単位連結成分)がΣ-多様体になることを示し,その単位連結成分の位相型を決定した。4.連結多面体の曲面への埋め込み空間の連結成分のホモトピー型・位相型の分類を行った。5.コンパクト多面体Xの曲面Mへの埋め込み空間からXと同相なMの部分空間全体の成す空間(Frechet位相)への自然な写像が主バンドルになることを示した。さらに,研究分担者により,無限次元多様体や写像類群に関する結果が得られている。
コヒーレントチェレンコフ光を用いたテラヘルツ域のz偏光生成の試験研究

真空と屈折率が異なる媒体を相対論的電子が通過する際に放出される、ラジアル偏光したチェレンコフ光を用いて、伝搬方向にのみ光電場が存在するZ偏光状態を創出することを本研究の目標とする。可干渉なコヒーレント放射を発生する約80フェムト秒の超短パルス電子ビームの生成技術を確立し、リング状のチェレンコフ光を10m以上離れた検出器まで光量を失わず輸送する特殊なミラーシステムを開発した。荷電粒子からの放射シミュレーションコードを独自に開発した。干渉条件が長波長になるにしたがい緩くなるため、テラヘルツ域ではチェレンコフ光リングは空間的に広がり、単純な集光では完全なz偏光場は形成できないことが分かった。本研究では、高エネルギー電子が真空と異なる誘電率を持つ媒質中を通過する際に放出されるチェレンコフ光の偏光特性に着目して、通常の光では存在しない伝搬方向に電場を持つ状態、即ちz-偏光状態の生成を探るものである。単一電子が放つチェレンコフ光は理想的な場合に完全なラジアル偏光である。理想的とは媒質の屈折率に周波数依存がない場合を指すが、そのような物質は存在しない。しかしながら着目する周波数領域があまり広くない場合は仮想的に誘電率が一定と考える事ができる。本研究では屈折率が非常に小さいシリカエアロゲルを媒質(ラジエータ)に用い、またその厚みを1mmとして、電子の媒質中のクーロン散乱の影響を極力抑える事にした。また電子パルス幅が着目する波長より長い場合、チェレンコフ光はインコヒーレントになることから、電子線形加速器での速度圧縮法によって約100フェムト秒の電子パルスを生成し、テラヘルツ領域のチェレンコフ光を用いる事とした。ガラス等の屈折率が大きい媒質を用いた場合、チェレンコフ光のリングの開き角度が大きくなり、全リングを真空窓から取り出す事ができないが、屈折率が1.05のエアロゲルでは光角度が18°程度と小さいために、取り出し窓とラジエータの距離を短くすればリング全体を大気中に取り出すことができる。本研究ではラジエータと電子ビームを通過させるがチェレンコフ光を反射するホローミラーをコンパクトにラダーに取り付けた標的真空槽を開発して、電子光理学研究センターの試験加速器に設置した。試験的なビーム実験でリング状のチェレンコフ光を観測することができ、蛍光パネルで測定したチェレンコフリングの大きさや幅は理論的に予想される値と良く一致した。電子パルス圧縮についても、コヒーレント放射のスペクトルから150フェムト秒程度に圧縮できたと考えることができ、今後の偏光操作実験の緩急が概ね構築できた。ラジエータ、ホローミラーおよび電子ビーム調整用の蛍光板を装着したラダーを直線導入器を用いて真空中で移動すことができる標的真空槽システムを開発し、これが正しく機能することを確認した。またこれを用いて実際にチェレンコフ放射の全周リングを観測する事ができた。遷移放射ではあるが極短パルス電子ビームが放出するコヒーレントテラヘルツ放射の生成に成功した。コヒーレント放射スペクトルは3THz付近まで延びており、ガウス形の電子パルスを仮定すると、150フェムト秒(標準偏差)という極めて短い時間幅の電子パルスが生成されたと考えられる。以上のような実験の進捗に鑑みて、おおむね順調に研究が進んでいるとみなすことができる。本研究の目的は、真空と屈折率が異なる媒体を相対論的電子ビームが通過する際に放出されるほぼ100%のラジアル偏光した極めて鮮明なリング状の放射であるチェレンコフ光を用いて、伝搬方向にのみ電場が存在するZ偏光状態を創出することである。電子ビームのバンチ長が極端に短い場合、これより長い波長域でのチェレンコフ光は位相が揃った可干渉なコヒーレント光になるため、光学素子で集光する場合、光の伝搬方向に垂直な電場は全て打ち消され、焦点近傍では伝搬方向にのみ電場が存在するZ偏光状態の光になると考えられる。東北大学電子光理学研究センターの50MeV試験加速器を用いてバンチ圧縮実験を行ない、約100フェムト秒(300μm)の超短パルス電子ビームの安定な生成に成功し、約3THzまでのコヒーレント放射が得られる事を遷移放射の測定で明らかにした。チェレンコフ光は短波長になるほど強度を増すことから可視域でチェレンコフ光リングを蛍光スクリーンで測定し、発散角度が理論値と良く合致している事を確かめた。コヒーレント光の収束には当初レンズ光学系を考えていたが波面の歪みを抑えるために反射系に変更し、金メッキを施した専用のアキシコン鏡を開発した。コヒーレントチェレンコフ光の角度分布の波長依存性の理論計算を精密に行い、集光時の光電場について電子ビームの横方向の広がりの影響を見積もった。その結果ビームサイズの影響は小さいが、波長依存の発散角度広がりがあるため、Z偏光度が制限される事が分かった。超短パルス電子ビームの生成技術はほぼ完成し、またシリカエアロゲルからのチェレンコフ光リング発生も概ね問題なく成功した。レンズ系から反射光学系の設計変更には問題がなかったが、高い工作精度でアキシコン鏡を製作できる光学メーカーが少ないことから、実機製作に約半年のタイムラグを生じた。しかしながら、完成したアキシンコン鏡の鏡面精度は満足できるものであり、目的であるZ偏光生成実験の段階に進めるものと考えている。

またチェレンコフ角の理論計算の結果から、これに波長依存の角度広がりがあることが定量的に評価できたが、これを十分考慮して集光方法を改良する必要が明らかになったため研究の進行に若干の遅れを生じている。本研究の目的は、真空と屈折率が異なる媒体を相対論的電子ビームが通過する際に放出されるほぼ100%のラジアル偏光した空間的にリング状の放射であるチェレンコフ光を用いて、伝搬方向にのみ光の電場が存在するZ偏光状態を創出することを目指す。そのためにチェレンコフ光の特性の評価および可干渉なコヒーレントチェレンコフ放射を放出する極端に短い電子パルスの生成等の基礎的な研究に加えてチェレンコフ光を輸送する特殊光学系の開発を行うものである。東北大学電子光理学研究センターの50MeV試験加速器を用いてバンチ圧縮実験を行ない、平成28年度までに約100フェムト秒(長さにして30μm)の超短パルス電子ビームの安定な生成技術が確立した。約4THzまでのコヒーレント放射が得られる事を遷移放射の測定で明らかにし、波長スペクトルから見積もられる推定バンチ長は80フェムト秒であった。独自に開発した荷電粒子からの放射シミュレーションコードを用いて、チェレンコフ放射の空間プロファイルおよび波面形や伝搬の特性を調べるための理論計算を行った。その結果、チェレンコフ放射体の厚みを大きくしても時間分解能が損なわれる事がないこと、また干渉条件が長波長になるにしたがい緩くなるため、テラヘルツ域ではチェレンコフリングは大きくぼやけてしまい、集光によって100%のZ偏光場は形成できないことも分かった。平成28年度の作成したアキシコン-逆アキシコン鏡(AIAミラー)を用いてチェレンコフ光を計測室まで輸送し、バンチ長をストリークカメラで測定することができ、新たなビーム診断手法を確立した。Z偏光創出の試験実験を行ったが、ある程度狭いバンド幅で波長を選択する必要があることから光量の低下が免れず、実際の観測には至らなかったが、チェレンコフ光の特性の理解の進展と同時に最終研究目的を達成するための課題が明確になった。真空と屈折率が異なる媒体を相対論的電子が通過する際に放出される、ラジアル偏光したチェレンコフ光を用いて、伝搬方向にのみ光電場が存在するZ偏光状態を創出することを本研究の目標とする。可干渉なコヒーレント放射を発生する約80フェムト秒の超短パルス電子ビームの生成技術を確立し、リング状のチェレンコフ光を10m以上離れた検出器まで光量を失わず輸送する特殊なミラーシステムを開発した。荷電粒子からの放射シミュレーションコードを独自に開発した。干渉条件が長波長になるにしたがい緩くなるため、テラヘルツ域ではチェレンコフ光リングは空間的に広がり、単純な集光では完全なz偏光場は形成できないことが分かった。チェレンコフ光のコヒーレント放射測定はパイロ検出器を用いて行うが、z-偏光の検出はできない。テラヘルツ領域では直線偏光以外の偏光を正確に測定する事は用意ではないことから、可視域での偏光測定を手始めに行う予定である。電子ビームのエミッタンスは約100nmradであることから、可視域でもほぼ回折限界にあることから、チェレンコフ光は空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは100μm以上の長波長領域で高いと予想される。可視ではz-偏光が生成しないと考えられが、チェレンコフリングの集光光学系の試験では可視域で行うことが出来る。この光学系では波面を崩さず集光するように内側に反射面を持つアキシコンミラーが必要である。
第二言語習得における思考パターンの習得順序について―移動表現を用いた考察

Slobin(1987)などは“Thinking for Speaking"「発話のための思考」の観点から、英語、スペイン語など言語間での対照比較を行った結果、事象のどの部分に注目して表現するかは言語毎に違いがあることを論じた。そこで本研究は、この「発話のための思考」の差異に着目し、第二言語習得の観点から思考パターンは学習者にとって習得可能であるのか、もし習得可能であれば、「自然習得順序仮説」の理論に焦点を当て、学習期間との関連性はあるのか、習得の順序はあるのか、を検証することにより、認知的アプローチからの第二言語習得の理論構築を目指すことを目的とする。また、本研究の成果から、第二外国語教育へ応用するための示唆を得る事が可能となると考える。具体的には、まず先行研究で指摘された日本語と中国語の移動表現に現れる思考パターンの差異、たとえば、A)中国語を母語とする人は、ある情景を描写する際に、言語化の焦点である物体がなぜその空間に存在しているのかを描写するが、日本語ではそれを省略する傾向にあること、B)フレームの一部を背景化する際、日本語は中国語よりも起点部を顕著にすることを重視する、といった「発話のための思考」を再論考する。つぎに、日本語を母語とする中国語学習者は語学学習の過程において中国人の思考パターンを習得可能であるのか、習得可能であれば、その時期および学習の順序について調査データを用いて分析を行う。当初予定していた内容、1日本語と中国語の移動表現において、思考パターンの差異に着目した文献などの収集および検証、2調査データの収集(日本語を母語とする中国語学習者に対して、習熟度別に調査データを収集する予定だったが、学習期間別に調査データを収集することに変更した)といった作業を行ったことにより、分析に必要なデータは揃いつつあるため、「おおむね順調に進展している」とした。次年度は、移動表現に関連する文献などの収集および検証を継続するとともに、回収されたデータの分析を行う予定である。具体的には1思考パターンは習得可能であるのか、2習得可能であれば「自然習得順序」は存在するのか、についての考察を進める。また、国内外にて積極的に研究成果の発表を行う予定である。資料収集および学会参加のため、中国に渡航する必要がある。また、アンケートの協力者に一人ずつ謝礼として図書カードを渡す予定がある。そのほか、研究に必要な専門書や最低限の文房具などの購入が必要である。
気泡を含む液体中を伝播する圧力波に対する気泡間相互作用の影響

圧力変動をともなう液体中のガス気泡の運動を実験的、数値的に解析した。一般に、液体中に含まれる気泡の数密度が高くなる、すなわち、ボイド率が高くなると、個々の気泡運動に対して、隣接気泡の運動が大きな影響を持つようになる。本研究では、そのような、隣接気泡間の局所敵な相互左用に着目し、現象解明の第1段階として、近接して置かれた2個の気泡が圧力変動を受けてどのような運動を行うのか、ということを調べた。実験では、正弦波振動圧力発生装置(revitation cell)を用いて、直径0.6mm程度の気泡の加振試験を行った。振動圧力の周波数は10.6kHz、振幅は約10kPaとした。実験結果から、近接して置かれた2個の気泡は、時間とともにその気泡間距離が急激に接近することがわかった。並行して、実験を模擬する数値解析を行った。圧縮性Navier-Stokes方程式を差分法によって解くプログラムを新たに作成し、気泡の膨張、収縮、並進運動に関する高精度な計算を行った。その結果、実験でみられた接近運動の原因が、気泡の膨張、収縮運動によって作り出される非一様な圧力場にあることを明らかにした。以上の実験、数値解析結果を、粒子の運動に関する理論解析結果と比較した。理論では、気泡に働く付加質量力、圧力による力、および粘性抗力を考慮した。比較の結果、実験でみられた並進運動には、液体の粘性が大きな影響を持つことがわかった。また、その粘性力の効果は、膨張・収縮をともなわない粒子の運動に対する効果とは大幅に異なることもわかった。以上より、膨張・収縮をともなう気泡の並進運動を理論的に取り扱う場合には、粘性力の影響評価に注意を払う必要があることを明らかにすることができた。著者はこれまでに、気泡を含む液体中を伝わる非線形圧力波(衝撃波)の伝播特性に関する実験的・数値的研究を行ってきた。特に、圧力変動にともなうガス気泡の膨張・収縮運動、および気泡の空間的分布状況の非一様性、以上2点の圧力波伝播挙動に対する影響を詳しく調べてきた。また、膨張・収縮運動に対する気泡内温度分布の影響にも注意を払った。van Wijngaardenモデルをベースに、以上の影響を考慮に入れた数理モデルおよび数値解析手法を構築した。その結果、ボイド率が1%以内であれば、構築した数理モデルと実験結果が定量的によく一致することを明らかにした。ところで、ボイド率が数パーセント程度の気泡流では、気泡間の平均距離が気泡半径と同じオーダーの大きさになる。この場合、個々の気泡の運動に対する隣接気泡の運動の影響、すなわち、気泡半径オーダーの尺度でみた局所的な気泡間相互作用が、グローバルな圧力変動特性に影響をあたえる可能性が高い。そこで、本研究では、個々の気泡運動に対するローカルな気泡間相互作用の影響を実験的に調べた。近接して存在する2個の気泡に正弦波状の圧力変動をあたえ、これらの気泡の膨張・収縮・変形挙動を高速度カメラ撮影によってとらえた。その結果、相互作用によって、2個の気泡が並進運動を行うことがわかった。同時に、その並進運動は、無次元気泡間距離(気泡間距離/気泡半径)をパラメータとして整理することができることを示した。そして、無次元気泡間距離が5倍程度以内(5%のボイド率に相当)になると、2個の気泡間にはきわめて強い相互作用が生じることを明らかにした。
形質転換作物のEdible Vaccine化に関する研究

Edibule Vaccineのモデル実験として、B型肝炎ウィルスのCore抗原タンパク質遺伝子を導入したトランスジェニックタバコを作成した。このタバコから外来遺伝子の生産物であるCore抗原タンパク質を抽出、精製しマウス(Balb/c)に経口摂取させ、経口免疫感作について実験を行った。その結果、皮下注射による免疫感作に比べると約1000倍の抗原量を必要としたが、マウスの血清中にCore抗原特異的抗体が認められ、マウスに液性免疫が誘導されたことがわかった。次にマウスに誘導された抗体の認識する主要な抗原エピトープ部位及び抗体のサブクラスをタンパク質相互作用を解析することのできるIAsysを用いて解析した。その結果、主要なエピトープ部位はCore抗原タンパク質がアセンブリーしてできる粒子のエピトープ部分であることが示唆され、また抗体のサブクラスは大半がIgG、IgM抗体がであることがわかった。IgA抗体は血清中および腸管での分泌物中ともに本方法では現在のところ検出されていない。またマウスの脾臓細胞での免疫応答反応を抗原刺激によるトリチウムラベルしたチミジンの取り込みによって解析した。その結果、脾臓細胞の増殖刺激活性が見られ、Core抗原の経口感作による免疫誘導において脾臓細胞が関与していることを確認した。現在脾臓細胞のT細胞のみの関与も解析中である。以上のように植物細胞で生産されたB型肝炎Core抗原タンパク質に関する基本的解析を終え、このタンパク質がEdibule Vaccineに利用できることを明らかにした。現在この遺伝子を最終的な目標である食用作物に導入している。
自己類似腸内細菌フローラに対する免疫寛容とその破綻による炎症性腸疾患発症解明

免疫のひとつである炎症性腸疾患(IBD)が永続的に難治化する要因として、自己類似腸内細菌に反応するIBD免疫病態のプロトタイプを記憶した腸炎惹起性CD4^+メモリーT細胞の永続的潜在性が原因であることを解明してきた。研究期間中(公募;2期4年間)に明らかとした点を概説する。研究当初、慢性大腸炎発症における特異的腸内細菌の関与を追求したが、Helicobacter hepatitcus(Hh)という代表的な腸炎惹起性腸内細菌はノトシステムを用いた実験で、単独では腸炎を発症しないことを見出した。このことから腸炎には複合的な腸内細菌の関与が指摘され、感染症のような単独菌説より、dysbiosis説を指示する結果となった。さらに、SPF下で腸炎を惹起させたマウス腸管粘膜より採取した腸炎惹起性T細胞をHhノトマウスに再移入した場合にも腸炎は再現できず、腸炎惹起性T細胞の維持にも複合的な腸内細菌の存在が必要であることを示唆した。本知見は現在論文作製中ではあるが、全体では関連する国際科学雑誌にIM合計80点以上の成果を出すことボでき、(2)と自己点検した。今回の研究をふまえ、腸内細菌とIBD腸炎惹起性T細胞の関連をさらに検討することで、IBD根治を目指したプボバイティクス開発へと進んでいくものと考えている。平成24年度には、萌芽研究、基盤Bに研究代表者として採用され、今後の研究の費用の一部にあてる予定である。特に、これまで本邦では整腸剤として広く用いられている健康細菌製剤のあらたな免疫制御機構を解明する計画である。今後は、ヒト疾患へのトランスレーショナルな側面が多く、倫理的な配慮に十分心がけ研究を継続して行きたい。1.無菌飼育下RAG-2-/-コロニーを作製し、4週令時にH.hのみを感染させ、その後の腸内フローラとして安定化を確認した。2.しかし、経過中に大腸炎を発症することはなかった。3.1.で作製された無菌化およびH.h単独感染RAG-2-/-マウスの脾臓、小腸、大腸に存在するマクロファージ、樹状細胞、NK細胞の活性化状態をFACSにて検討したところ、マクロファージ、樹状細胞の活性化および、IFN-g産生性のLin(-)IFN-g産生LT-like細胞の増加を認めた。4.上記に基礎検討ののち、無菌化およびH.h単独感染RAG-2-/-マウスへ同型C57BL/6マウスから分離したCD4^+CD45RB^<high>T細胞を移入したところ、両者とも大腸炎を発症しなかった。以上のことから、H.h単独では慢性大腸炎を惹起することができず、他の腸内細菌との共生が必要であることを明らかとした。また、腸炎惹起性のLT-like細胞の存在を明らかとし、今後、その性状を詳細に明らかとしたい。一方、H.mulidanam菌は単独で大腸炎を発症することを現在、確認中であり、H.hとH.mulidanumの相違について詳細に明らかにする予定である。
単電子デバイスのための積層量子ナノディスク構造の精密作製と量子特性制御

積層ナノディスク構造の作製を行った。まず、シリコン基板上にSiO2層とpoly-Si層を交互に積層した。このとき、SiO2層の作製方法としては中性粒子ビーム酸化を用いた。次に基板表面にフェリティン分子を配置し、熱処理によりフェリティン分子のタンパク質部分のみを除去して内部の鉄コアを残した。NF3ガス雰囲気中で水素ラジカルを表面に照射し(NF3処理)、表面の酸化膜を除去した。また、塩素中性粒子ビームを照射することにより、poly-Si層のエッチング(中性粒子ビームエッチング、NBE)を行った。NF3処理とNBEを交互に行うことで積層構造のエッチングを行った。このとき、X線光電子分光(XPS)によりシリコン表面の酸化状態を調べることで、エッチングの進行を確認することができた。最初のNF3処理の時間を変えることで、酸化膜のエッチングの進行を制御し、その結果、ナノディスクの直径を制御することができた。導電性探針を用いた原子間力顕微鏡(AFM)x観察により、単一積層ナノディスクの電気特性の測定を試みた。一層ナノディスクの場合と同様、階段状の電流-電圧特性が得られ、ナノディスクが量子ドットとして機能していることが確認できた。また、その階段幅は理論から予想される値とほぼ等しいことが分かった。さらに、積層ナノディスクの直径を変えた場合、階段幅はほぼ変化しないことが分かった。これは、一層ナノディスクの場合と同じ結果であり、ナノディスク内部では電子が厚さ方向に閉じ込められた量子井戸的な振る舞いをしていることを示唆している。
Neuro-Coding/Unificationを用いたCNNのコンパクト化

本研究は,入力データに対する各ニューロンのレスポンスを記録したNeuro Behavior Vector (NBV)を作成し,このNBVの類似性に基づいてニューロンの統合を行うNeuro-Coding/Unificationの考え方をConvolutional Neural Net(CNN)に拡張し,畳み込み層を校正するChannelのCodingと圧縮を行う手法を開発する.この手法の特性は,Channelを削除することによる性能劣化が起きないようにConvolutionの重みパラメータを更新することにある.これによって,特に再学習を行うことなく,圧縮に伴う性能低下を低く抑えることができる.本研究は,入力データに対する各ニューロンのレスポンスを記録したNeuro Behavior Vector (NBV)を作成し,このNBVの類似性に基づいてニューロンの統合を行うNeuro-Coding/Unificationの考え方をConvolutional Neural Net(CNN)に拡張し,畳み込み層を校正するChannelのCodingと圧縮を行う手法を開発する.この手法の特性は,Channelを削除することによる性能劣化が起きないようにConvolutionの重みパラメータを更新することにある.これによって,特に再学習を行うことなく,圧縮に伴う性能低下を低く抑えることができる.
震災由来の大型漂着物に着生した海藻類の種多様性解明とDNAバーコードの基盤構築

本研究では、北米西海岸の大型漂着物に着生する海藻類の遺伝的種同定を行うとともに、DNAバーコード情報の蓄積を行った。大型漂着物に着生していた海藻類や北米西海岸に生育する海藻類を入手し、種の同定を行った。その結果、津波に由来する日本産の種として計49種を同定した。約20種は、外部形態による当初の同定では別種として認識されており、分子マーカーを利用した種同定の有用性が示された。また自然集団との遺伝的な比較から、セイヨウハバノリ、ダルス、マツモ、スジメにおいて、日本と北米の集団間に遺伝的差異が見られることが明らかになり、新たに移入が起こった場合、遺伝的な攪乱が引き起こされることが危惧された。東日本大震災時の津波の影響により、数百万トンもの大量のがれきが太平洋上に流出したと推定されており、そのうち数十万トンが北米西海岸の沿岸域に漂着すると予想されている。そうした漂流物は、多額の撤去費用が問題となることはもちろん、それらに付着した東北地方原産の海洋生物が外来種となり、現地の生態系に悪影響を与える可能性が高いという点でも大きな問題である。本研究では、分子系統学的な手法を用いて、北米西海岸の大型漂着物に着生する海藻類の遺伝的同定を行うとともに、周辺海岸の海藻相のモニタリング調査を行うことにより、外来種の早期発見や対処を可能にする他、現地生態系への影響を考察することを目的としている。また、漂着物に着生した海藻類や漂着先の生態系に侵入した海藻類の迅速かつ正確な同定を可能にするため、DNAバーコード情報の蓄積を行った。平成26年度は、北米西海岸の大型漂着物に着生していた約100種類の海藻類を入手し、核コードのITS領域、葉緑体ゲノムコードのrbcL遺伝子やpsbC遺伝子、ミトコンドリアゲノムコードのcox1遺伝子やcox3遺伝子の塩基配列をもとに種の同定を行った。その中には、マコンブ、オオバツノマタ、アカバ、ウルシグサなど北米西海岸での分布が確認されていない種が含まれており、新たな外来種となる危険性が示唆された。また、セイヨウハバノリやダルスなど、東北太平洋沿岸と北米西海岸の両方で分布が確認されている種についても、地理的に離れた集団では遺伝的なギャップがあることが示唆され、新たな外来種の侵入の指標としてこれらの種が利用できる可能性が示唆された。この他、東北太平洋沿岸で約200個体の海藻サンプルを入手しDNAバーコード情報の蓄積を進めた。そうした漂着物については、多額の撤去費用が問題となることはもちろん、それらに着生した東北地方原産の海洋生物が外来種となり、現地の生態系に悪影響を与える可能性が高いという点でも大きな問題である。本研究では、分子系統学的な手法を用いて、北米西海岸の大型漂着物に着生する海藻類の遺伝的種同定を行うとともに、周辺海岸の海藻類のモニタリング調査を行い、外来種の早期発見や対処を可能にする他、現地生態系への影響を考察することを目的としている。また、漂着物に着生した海藻類や漂着先の生態系に侵入した海藻類の迅速かつ正確な同定を可能とするため、DNAバーコード情報の蓄積を行った。平成27年度は、北米西海岸の大型漂着物に着生していた海藻類や北米西海岸の自然海岸や港湾内の浮き桟橋などに着生していた海藻類合計約250サンプルを入手し、核コードのITS領域、葉緑体ゲノムコードのrbcL遺伝子、ミトコンドリアゲノムコードのcox1遺伝子やcox3遺伝子の塩基配列をもとに種の同定を行った。その結果、平成26年度の結果と併せ、漂流物上に着生する計66種の海藻類(アオサ藻19種,褐藻24種,紅藻23種)が確認され、このうち23種はこれまで北米大陸西岸での分布は確認されていなかった。また、68種中52種は成熟しており、これらの移入リスクは高いと考えられた。また自然集団との遺伝的な比較では、セイヨウハバノリ(Petalonia fascia)やダルス(Palmaria mollis)において、日本(東北地方)と北米の集団間に明瞭な遺伝的差異が見られることが明らかになり、新たに移入が起こった場合、遺伝的な攪乱が引き起こされることが危惧された。平成26年度と27年度を併せ、北米西海岸の大型漂着物に着生していた海藻類や北米西海岸の自然海岸や港湾内の浮き桟橋などに着生していた海藻類合計300サンプル以上を入手し、そのうち約250サンプルについて既に遺伝的同定を終えている。また、国内における海藻類のDNAバーコード情報の基盤構築に関しても、日本の太平洋沿岸において約300個体を採集し、着実に塩基配列情報の蓄積を進めている。これまでに得られた解析結果により、アナアオサやセイヨウハバノリなどが北米西海岸への新たな外来種移入の早期発見の為の指標として有効であることが示唆されており、本研究は順調に進展していると考えられる。東日本大震災時の津波の影響により、大量のがれきが太平洋上に流出し、一部が北米西海岸の沿岸域に漂着すると予想されている。そうした漂着物に着生した東北地方原産の海洋生物が外来種となり、現地の生態系に悪影響を与える可能性が高いという点で大きな問題である。

本研究では、分子系統学的な手法を用いて、北米西海岸の大型漂着物に着生する海藻類の遺伝的種同定を行うとともに、周辺海岸の海藻類のモニタリング調査を行うことを目的としている。また、漂着物に着生した海藻類や漂着先の生態系に侵入した海藻類の迅速かつ正確な同定を可能とするため、DNAバーコード情報の蓄積を行った。平成28年度は、北米西海岸の大型漂着物に着生していた海藻類や北米西海岸の自然海岸や港湾内の浮き桟橋などに着生していた海藻類合計約150サンプルを入手し、核コードのITS領域、18S rRNA遺伝子、28S rRNA遺伝子、葉緑体ゲノムコードのrbcL遺伝子、tufA遺伝子、atpH-I遺伝子間領域、ミトコンドリアゲノムコードのcox1遺伝子、cox3遺伝子、trnA-N遺伝子間領域の塩基配列をもとに種の同定を行った。その結果、平成26年度、27年度の結果と併せ、津波に由来する日本産の種として計49種を同定した。このうち約20種は、外部形態による当初の同定では別種として認識されており、分子マーカーを利用した種同定の有用性が示された。また自然集団との遺伝的な比較から、セイヨウハバノリ(Petalonia fascia)、ダルス(Palmaria mollis)、マツモ(Analipus japonicus)、スジメ(Costaria costata)において、日本(東北地方)と北米の集団間に遺伝的差異が見られることが明らかになり、新たに移入が起こった場合、遺伝的な攪乱が引き起こされることが危惧された。本研究では、北米西海岸の大型漂着物に着生する海藻類の遺伝的種同定を行うとともに、DNAバーコード情報の蓄積を行った。大型漂着物に着生していた海藻類や北米西海岸に生育する海藻類を入手し、種の同定を行った。その結果、津波に由来する日本産の種として計49種を同定した。約20種は、外部形態による当初の同定では別種として認識されており、分子マーカーを利用した種同定の有用性が示された。また自然集団との遺伝的な比較から、セイヨウハバノリ、ダルス、マツモ、スジメにおいて、日本と北米の集団間に遺伝的差異が見られることが明らかになり、新たに移入が起こった場合、遺伝的な攪乱が引き起こされることが危惧された。北米西海岸の大型漂着物に着生していた120個体以上の海藻類を入手し、そのうち約100個体について既に遺伝的同定を終えている。また、国内における海藻類のDNAバーコード情報の蓄積に関しても、東北太平洋沿岸において約200個体のサンプルを採集し、塩基配列情報の蓄積を進めている。得られた情報から、いくつかの種が北米西海岸への新たな外来種の侵入を早期に発見する為の指標として利用可能であることも示唆されてきており、本研究は順調に進展していると考えられる。2016年度以降も新たな漂着物が北米西海岸沿岸で確認されていることから、そうした漂着物に着生する海藻類の入手と遺伝的同定を進めるとともに、日本由来の外来種の早期発見の為の指標となる種の選定を進める。また、漂着物に着生していた海藻類や漂着先の生態系に侵入した海藻類の迅速かつ正確な同定を可能とする為、東北太平洋沿岸に生育する海藻類を中心としたDNAバーコード情報の蓄積を進める。系統分類、生物地理2015年度に入ってからもまだ新たな漂着物が確認されていることから、それらに着生していた海藻類の入手と遺伝的同定を進めると共に、日本由来の外来種の早期発見の為の指標となる種の選定を進める。また、漂着物に着生した海藻類や漂着先の生態系に侵入した海藻類の迅速かつ正確な同定を可能にするため、更にDNAバーコード情報の蓄積を進める。
自己組織化プロセスを用いた有機ラジカル分子の機能化

機能性有機材料の構築において、ナノからマイクロメートルレベルの構造が自発的に組み上がる自己組織化プロセスの活用が省エネルギー・精密機能発現の観点から重要となっている。当研究室では、液晶や分子集合ファイバーを形成する分子の自己組織化を利用して、低次元イオン・電子伝導材料や刺激応答発光材料などを開発してきた。近年では、有機ラジカル分子が形成する自己組織性ファイバーを開発し、その磁気特性を報告している。本研究では、有機ラジカル部位を有するゲル化剤や液晶分子を用いて、高い磁気機能などの新たな機能性超分子材料の開発を目指した。当該年度では、液晶に配向したラジカルファイバーやニトロニルニトロキシド液晶を開発し、これらの材料の機能を調べた。まず、一つ目の自己組織性ラジカルファイバーについては、液晶中で配向したファイバーの磁気特性について調べた。超電導磁石を用いた磁場配向により得られた液晶ゲルのSQUID測定により、液晶の応答に由来する反磁性磁化率の変化が観察された一方で、配向したファイバー中のラジカル部位に由来する常磁性磁化率は、無配向状態のファイバーと同程度の反磁性相互作用を形成することを明らかにした。二つ目のニトロニルニトロキシド液晶については、そのエレクトロクロミック挙動を調べた。これらの分子をレドックス活性層として、エレクトロクロミック素子を作製した。作製した素子は、エレクトロクロミズムが観察された。また、ニトロニルニトロキシドラジカルと液晶部位間のリンカーの官能基がエレクトロクロミック挙動の安定性や電圧印加後の吸収スペクトルに大きく影響を与えることを明らかにした。本研究では、有機ラジカル誘導体で構成される超分子材料の有用性を示した。これらの研究は、ソフトマテリアルのさらなる機能化のための知見をもたらすものであり、機能分子化学、超分子化学の分野の進展に寄与すると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。機能性有機材料の構築において、ナノからマイクロメートルレベルの構造が自発的に組み上がる自己組織化プロセスの活用が省エネルギー・環境低負荷・精密機能発現の観点から注目を集めている。当研究室では、液晶や分子集合ファイバーを形成する分子の自己組織化を利用して、低次元イオン・電子伝導材料や刺激応答発光材料などの機能性ソフトマテリアルを開発してきた。本研究では、有機ラジカル部位を有する低分子ゲル化剤や液晶分子を用いて、高い磁気機能などの新たな自己組織性機能材料の開発を目指した。低分子ゲル化剤や液晶分子に導入する新たな有機ラジカル部位として、ニトロニルニトロキシドに着目した。ニトロニルニトロキシドは、金属と複合化することで1次元錯体を形成するだけでなく、安定なレドックス応答を示すなどの興味深い機能を発現する。しかし、ニトロニルニトロキシドを有する自己組織性材料は、報告例がない。そこで、研究の第一段階として、ニトロニルニトロキシド部位を有する液晶分子の合成を行った。一連の化合物を合成することにより、液晶性を誘起するための剛直な芳香環骨格の個数やその芳香環に導入する置換基が液晶性の発現と及び液晶相の発現温度に大きな影響を与えることがわかった。また、有機ラジカル部位をもたない類似の液晶分子と比較して、合成した有機ラジカル液晶が示す等方相から液晶相への転移温度が低くなるという知見も得られた。これは、かさ高いニトロニルニトロキシド部位を導入することにより、分子間の相互作用が抑えられためと考えられる。さらに、ニトロニルニトロキシドを有するアミノ酸誘導体も合成し、得られた分子が有機溶媒をゲル化することも見出している。

本申請研究の目的は、有機ラジカル分子の自己組織化プロセスを利用した新規機能材料の開発である。特に、有機ラジカル分子の新たな磁気機能の発現を期待している。狙った機能を発現させるためには、分子の集合構造をどれだけ精密に制御できるかが重要である。そこで、当該年度では、合成した有機ラジカル分子の骨格とその分子が形成する集合構造の関係を重点的に調べた。結果として、新たな有機ラジカル部位として、ニトロニルニトロキシドを有する液晶分子と低分子ゲル化剤の開発に成功している。ニトロニルニトロキシドを有する液晶分子及び低分子ゲル化剤は、報告例がなく、注目すべき結果の一つであると考えている。また、液晶性を誘起する様々な官能基を導入した有機ラジカル分子を合成し、液晶性を評価した結果は、分子骨格とその分子の集合挙動の関係を明らかにし、その液晶性を発現する温度範囲を分子設計の観点から制御することを可能にした。したがって、これまでに得られた結果は、液晶性を有する有機ラジカル分子の研究をさらに展開していく上で重要な知見であると言える。合成した分子の機能の評価には、まだ至っていないが、有機ラジカル分子としての新たな機能の発現が期待できる。以上のような研究結果から、本研究の達成度は、おおむね順調に進展していると評価しています。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、合成した有機ラジカル分子の物性評価を行い、合成した分子が新たな機能性材料として有用であることを示していきたいと考えている。大きく分けて、以下の2つの異なる機能の探索あるいは物性評価を遂行する予定である。1つ目が、合成した有機ラジカル分子の磁化測定である。「9.研究実績の概要」で述べた分子以外にも、申請者は、液晶中で一軸に配向した集合構造を形成する有機ラジカル分子の開発に成功している。この液晶と有機ラジカル分子の複合体は、有機ラジカル分子の特徴的な集合構造に由来する磁気特性の発現が期待できる。この複合体や他の分子の磁化測定を行う。2つ目が、有機ラジカルのレドックス特性に注目した機能探索である。有機ラジカルで構成されるソフトマテリアルの新たな磁気機能の発現を目指すことが当初の研究計画では、あるが、磁化測定及びその解析に時間を要することが課題となっている。そこで、上記の磁化測定と並行して、有機ラジカル分子が示す高速かつ安定な酸化還元特性を利用した機能材料への展開も行う。具体的には、第一段階として、合成した有機ラジカル分子の電気化学測定を行い、これらの分子が酸化還元特性を有しているかどうかを調べる。次に、合成した分子を用いて、電圧印加により光吸収スペクトルの変化や相転移を示す材料を作製する予定である。
マルチターゲットメタボロミクスを用いたがん診断システムの開発

本研究では、ガスクロマトグラフ質量分析計と液体クロマトグラフ質量分析計とを用いて、がん患者血清において、がん特異的血中代謝物の変動パターンを捉えることで、がんプロファイリング診断システムを構築できるかを検証した。はじめに、4つの血中代謝物分析プラットホームを構築し、その分析手法を用いて、がん患者血清の分析を行い、バイオマーカー候補となりうる代謝物を見出した。さらに、「2-phase screening」という代謝物データを用いた新たな診断方法を提唱することができた。日本社会の高年齢化に伴い、がんによる死者数は増加の一途を辿っている。そのため、治療可能ながんを簡便、かつ、非侵襲的に、より早期に発見できる診断法の開発が求められている。そこで本研究では、食道がん、胃がん、大腸がん、すい臓がん、肝臓がんなど消化器がんにターゲットを絞り、ガスクロマトグラフ四重極型質量分析計(糖、糖アルコール、有機酸、アミノ酸)、液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計(脂肪酸、リン脂質)、イオンペア液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計(糖リン酸、核酸、補酵素)の3種の分析プラットフォームによる包括的な血清代謝プロファイリング研究を実施し、血清中代謝物プロファイルに基づいた新たながん診断法の確立を目的とした。平成25年度は、ガスクロマトグラフ四重極型質量分析計、液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計、イオンペア液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計の3種類のプラットホームにより分析可能な血清中代謝物データベースの作成を行い、それぞれ完成できた。続いて、作成した血清中代謝物データベースに基づき、食道がん、胃がん、大腸がん、すい臓がん、肝臓がん、そして、健常人の血清の代謝物分析を進めている。平成25年度は、胃がん、大腸がん、すい臓がん、肝臓がんのうち、2つのがん種について、200例の分析を目標としていたが、胃がん、大腸がん、すい臓がん、肝臓がん、そして、健常人の血清検体を平均して分析していくことに変更し、現在、各種検体の分析が進行中である。日本社会の高年齢化に伴い、がん罹患者数、そして、がん患者死亡者数も増加してきている。そのため、治療可能な早期の段階のがんを簡便、かつ、非侵襲的に発見できる診断法の開発が必要とされている。そこで、本研究ではガスクロマトグラフ四重極型質量分析計(糖、糖アルコール、有機酸、アミノ酸)、液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計(脂肪酸、リン脂質)、イオンペア液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計(糖リン酸、核酸、補酵素)の3種の分析プラットフォームによる、消化器がん患者に対する包括的な血清代謝プロファイリング研究を実施し、代謝物プロファイルに基づいた新たながん診断法の確立を目的とした。平成26年度は、イオンペア液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計によるアニオン代謝物分析系構築と、血清メタボロームデータベースの作成を行い、血清で分析できる約30種類の代謝物を決定できた。また、液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計によるカチオン代謝物分析系も構築し、この系により約40種類の代謝物を検出できることを確認した。さらに、平成25年度に引き続き、消化器がん患者、ならびに、健常者血清の各種分析プラットフォームによる代謝物分析を進めた。また、平成27年度に実施する「血清メタボロームデータベースの評価とその実用化へ向けた検討」のためには、血液・血清の採取方法などについての情報も得ていく必要があると考え、採血時の絶食有無と血中代謝物との関係性についての検討なども開始した。そこで、本研究ではガスクロマトグラフ四重極型質量分析計、液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計、イオンペア液体クロマトグラフトリプル四重極型質量分析計の3種の分析プラットフォームによる、消化器がん患者に対する包括的な血清代謝プロファイリング研究を実施し、代謝物プロファイルに基づいた新たながん診断法の確立を目的とした。平成28年度は、平成26年度から平成27年度にかけて構築した代謝物分析システムを用いて、膵がん患者血清と健常者血清の分析を実施した。さらに、その分析結果に基づいて、新たな診断システムの確立を実施した。トレーニングセットにおいて、膵がん患者と健常者との間の有意差検定を行った結果、有意な変動を示す75種類の代謝物を見出した。この75種類の代謝物分析結果を、単回帰モデル、あるいは、多重ロジスティック回帰分析に供し、各モデルの感度、特異度について評価したが、単回帰モデルでは、高い精度を持つ代謝物は見出せず、多重ロジスティック回帰分析においては、これまでの我々の研究成果と同程度の感度、特異度であった。そこで、より診断能の高いモデルについて検討し、2-phase screening法という、2つの診断能の高い単代謝物診断モデルを組み合わせた新たな診断モデルを提唱できた。この新規モデルでは、感度、特異度が、これまでの研究成果よりも高い値を示し、血清中代謝物データに基づく新たな診断法としての可能性を明らかにすることができた。