hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速応答可能な液晶性環動ゲルアクチュエータの開発

得られた液晶性PRを示差走査熱量計(DSC)やホットステージを組み合わせた偏光顕微鏡などで観測をするとともに、低分子液晶との相溶性を調べる。さらに液晶性PRを架橋させることで液晶性環動ゲルを得る。得られた液晶性環動ゲルは、温度応答特性や電場応答特性を調べることでソフトアクチュエータとしての可能性を探求する。PRの環状分子とメソゲンをつなぐスペーサーやメソゲンの構造の液晶性への影響を調べる目的で、本年度は、スペーサーを持たない場合やエチレンオキシド鎖をスペーサーとしたメソゲン修飾PRを合成した。また、異なるメソゲンとしてアゾベンゼンを修飾した液晶性PRの合成も試み、修飾率の変化による液晶性への影響を調べた。さらに、液晶性環動ゲル合成の初期段階として、液晶性PR同士を架橋して液晶性環動ゲルを合成するのではなく、液晶性高分子をPRで架橋することによる液晶性環動ゲルの合成を試みた。光重合によるゲル化を行うため、環状分子にビニル基を導入したPRを合成し、典型的な液晶モノマーと混合し重合した。種々の構造がPRの液晶性に及ぼす効果を検討した結果、アゾベンゼンメソゲンでもシアノビフェニルと同様に液晶相を示した。スペーサーの影響では、スペーサーが全くない場合や、エチレンオキシドのように柔軟すぎる場合は、液晶性を示さないことが明らかになりつつある。また、合成の過程でシアノビフェニルは、酸化によりシアノ基がカルボン酸に変換されやすいため、シアノ基の代わりにメトキシ基などの置換基を利用した方が、合成上、有利であることがわかった。アゾベンゼンを側鎖とした液晶性ポリロタキサンを合成し、修飾率と液晶性の関連を確認することができた。さらに、アゾベンゼン化ポリロタキサンの水酸基をアセチル化することでガラス転移温度を大きく下げることがわかった。これは水酸基間の水素結合をアセチル化により抑制したことによるものと推察される。また、ポリロタキサンを架橋剤とした液晶ゲルの合成では、ビニル化ポリロタキサンにさらにヒドロキシプロピル基やフェニル基を導入すると、得られる液晶ゲルは高い膨潤度を示し、引っ張り試験においても低弾性で高伸長な特性を有することがわかった。さらに、この液晶ゲルを加熱冷却すると液晶相転移に伴う顕著な体積変化が観察された。新たにアゾベンゼンを側鎖とした液晶性ポリロタキサンを合成し、修飾率と液晶性の関連を確認することができた。また、スペーサー長の影響について系統的な調査が進んでいる。さらに、ビニル基を修飾したポリロタキサンを架橋剤として、典型的な側鎖型高分子液晶の架橋に成功し、低分子液晶を含んだゲル状固体を得ることに成功した。一般的な二官能性の架橋剤と比較することで、環動特性に基づく膨潤挙動や力学特性が確認されつつある。液晶性ポリロタキサンのみで液晶環動ゲルを合成するためには、低分子液晶と液晶性ポリロタキサンとの相溶性をより向上する必要がある。引き続きアゾベンゼンをメソゲンとした液晶性ポリロタキサンを合成し、構造と液晶性の関係を調査する。ポリロタキサンを架橋剤とした環動液晶ゲルの合成では、ポリロタキサンにヒドロキシプロピル基やフェニル基を化学修飾すると、より柔軟で応答性の高いゲルを期待される。そこでこれらを中心に力学物性、電場応答特性を測定し、さらに、より大きな変位を見込める一軸配向した液晶ゲルの合成を試みる。引き続きメソゲンやスペーサーの構造と液晶性の関係を調査する。シアノ基は合成の過程で酸化されることがわかったので、メソゲンのヘッドグループにはアルコキシ基などを中心に適用する。
音速近くの流れの解明と制御

音速近くの流れに対する数値計算と実験研究を行い、以下の研究成果を得た。1.非構造格子を用いた内製CFDソフト(TAS-code)の高度化を進め、遷音速航空機周りの流れの解析と設計を行う有用なツールを構築した。2.随伴方程式を用いた効率よい直接最適化コードを開発した。遷音速機の翼とエンジンナセルおよびバイロン部の空力設計に適用し、工学的に重要な知見を得た。3.高性能な遷音速旅客機開発のためのツールとして、遺伝的アルゴリズムおよびデータマイニング等を用いた効率よい多分野複合最適化コードを開発・整備した。4.CFDの抵抗値予測精度を改善する方法を開発した。これにより、遷音速機の精度に敏感なウイングレット最適化問題も行えるようになった。5.マッハ数0.98で飛行する航空機を空力最適化を施した。その結果、揚抗比が25%程度改善され、高遷音速域での空力性能の優れた翼形状の一般条件の知見を得た。6.惑星大気突入カプセルが遷音速付近で動的不安定性を示すことについての数値解析を行い、それを基にカプセルの動的安定特性の予測手法を提案した。7.高速飛翔物体の底面背後に生ずるベース流れについて、LES/RANSハイブリッド手法を用いて解析し、遷音速領域での時間変動特性が亜音速・超音速とはまったくことなるものであることを示した。8.宇宙往還機の遷音速域での舵の逆効き現象につき、TAS-codeで原因を特定するとともに、逆効き問題解決のための形状修正法を提案した。9.弱い衝撃波の挙動に付随する様々な現象に関して、実験的・数値的手段により解明研究を進めた。航空機実形状周りの高遷音速流れや弱い衝撃波を伴った流れの数値解析ツールとして、非構造格子に基づくEuler/Navier-Stokesソルバーの拡張および整備を行った。表面格子生成およびNavier-Stokes用のハイブリッド非構造格子生成プログラム開発、並列計算によるソルバーの高速化、乱流モデルの検証、移動格子法の開発、重なり格子法の整備、等である。このCFDシステムを用いて詳細な航空機モデルについての解析を実施し、遷音速域における形状の微小変化で衝撃波位置が大きく影響される状況を明らかにした。また、3種類の乱流モデルを用いた比較、格子密度の計算制度への影響等を調査した。高遷音速域での航空機の揚抗比について上記数値計算により調べ、マッハ数0.90.98領域で揚抗比が改善する領域を見つけ、その発生理由を明らかにした。このマッハ数域はボーイング社のソニック・クルーザーが巡航を予定して領域であり、高遷音速域でも旅客機が商業的に成り立つことが可能であることを明らかにした。さらに、遺伝的アルゴリズムを上記CFDシステムと組み合わせて最適設計を試み、高遷音速域において揚抗比が更に改善されることを示した。航空宇宙技術研究所においては高遷音速域における風洞実験を行い、CFD解析との検証を進める。航空機実形状周りの高遷音速流れや弱い衝撃波を伴った流れの数値解析ツールとして、非構造格子に基づくEuler/Navier-Stokesソルバーの拡張および整備を行い、遷音速旅客機の風洞モデルに対するCFD-Workshopにてソルバーおよび乱流モデルの検証を行った。マッハ数が0.95から0.98近傍の高遷音速域での航空機について、遣伝的アルゴリズム用いた最適化設計を行い、翼面の微妙な凹面形状が高遷音速域において衝撃波の強さを弱め、このことにより揚抗比を大きく改善することを見いだした。翼後流による抵抗算出法、および衝撃波の数値計算上での可視可法を開発した。音速近くの流れの新しい高精度数値計算法を開発し、その検証を進めた。航空機後流に現れる接触不連続面を高精度に捕らえる数値計算法を提案した。

遷音速域の衝撃波と境界層の干渉を計算するための直接計算法についてのアルゴリズム提案を行った。遷音速翼の空力設計法として、形状定義により自由度を持たせ随伴方程式を用いて最適設計を行う方法を提案した。逆解法を用いた翼設計法を整備するとともに、層流遷音速翼設計を行って流れの特性を詳細に調べた。遷音速旅客機の実機空力設計ツールとして随伴方程式を用いた最適設計法のツールを構築した。それに付随して形状変形や翼と胴体の干渉部分の変更に伴う格子修正法について国際会議発表を行った。マッハ数が0.95から0.98近傍の高遷音速域での航空機について遺伝的アルゴリズムを用いた最適化設計に関して論文投稿を行うとともに、航空機の抵抗を発生原因ごとに分ける抵抗分解法を提案し検証した。Large-Eddy Simulationとレイノルズ平均NSの計算とのハイブリッド法としてのDESを既開発のTASコードに組み込みを進め、その実用上の評価を行った。また、それを用いた大規模計算のための格子細分化や並列計算法の改善を進めた。宇宙往還機機体の音速域での飛行特性についての数値解析を進めるとともに、音速域特有の舵の逆効きについての制御に関する研究を開始した。非構造格子に基づく流体数値計算法の更なる高精度化を目的として離散ガラーキン法の研究を進めた。超音速実験機の信頼性改善をすすめ、その遷音速時の空力特性の検討を行った。音速に近い速度で飛行する旅客機の空力抵抗を低減するために、数値流体力学と遺伝的アルゴリズムの組み合わせによる最適化を行った。その結果、マッハ数0.98の領域での揚抗比を大幅に改善する形状を得るとともに、今後の音速旅客機開発のために大きな知見を得た。それに付随して航空機の翼とエンジンナセルとの形状についての最適化を行った。このことで遷音速飛行時の抵抗低減のために重要な知見を得た。航空機の抵抗を発生原因ごとに分ける抵抗分解法を提案し検証した。この方法により、比較的粗い格子を用いた場合でも精度良い解析ができることを示した。また、誘導抵抗の精度良い数値予測が可能となることで、翼端におけるウイングレットの最適設計に応用した。宇宙往還機機体の音速域での飛行特性についての数値解析において、音速域特有の舵の逆効きの原因が衝撃波の移動であることを明らかにした。また、逆効きを防ぐために衝撃波の位置制御をするために翼断面形状を逆解法により求め、その効果を示した。遷音速で自由飛行する物体周りの流れをホログラフィー干渉計法で定量的に観察することを目指して、二重露光ホログラフィー干渉計法を備えた二段式軽ガス銃と直径1.660mm全長12.000mmの回収部からなる弾道飛行装置を設備し、その特性を明らかにしている。また、遷音速域での自由飛行する物体の加速減速過程をVISARにより計測している。この装置では、300m/sから8,000m/sまでの飛行体打ち出しが可能で、特に、空気中で330m/sから370m/sの速度範囲で自由飛行する直径40mm球まわりの衝撃波離脱距離を計測する準備を完了させている。
SPACE GEODESY から生まれた数理的フロンティア研究

本研究の主要な成果は以下の通りである。(i)SpaceGeodesyから生まれた混合整数線形モデルでの整関数統計的推定と統計的仮説検証問題の研究を系統的に行った。また、離散数学により、無限の余分な線形的拘束を取り除くようにVoronoiセルを組み立てるという問題を解決した。さらに、球体と階円体でのVoronoiセルの境界を提供した。数理計画法モデルとしての境界問題を再定式化することにより、内外からVoronoiセルに最も近接した領域を見つけた。これにより、最もきつい可能な確率境界を発見した。この誤差確率境界は、シャノン(1959)の提案よりはるかによく機能することが示された。これらの結果をIEEE Transactions on Information Theoryで公表した。(ii)GPSと音響測位に基づく新しいdifference techniquesを開発した。この方法はScripps海洋研究所の方法より理論的に優れており、水平・上下成分とも高い精度での測位が可能である。また、陸と同様の簡便さ・精度で海底地殻変動を測定することが可能なことを理論的に初めて示した。(iii)新しいロバストな統計的推定方法を提案した。この方法は目標関数が最小2乗法と同じで、sign-constrained robust最小2乗法と呼ばれる。この方法を使うことで、異常データの影響を完全に取り除くことができる。また、観測データの精度が異なる場合、HuberのM統計的推定手法やL1手法がロバストでないことを立証した。(iv)線形的な逆問題の観測データの精度を統計的に推定するため、bias-corrected推定手法を提案し、先に開発した複数正則化関数の方法と共に衛星重力場への応用を行った。さらに新しい分散・共分散係数の推定手法を開発し、従来の推定手法の不正確さを示した。Spacegeodesyからのデータ量が多くなるほど、その中に大きな異常データが含まれることは避けられない。異常データがあれば正しい推定値を得ることができないが、本研究では、異常データを自動的に除去するsign-constrained robust least squaresによる新しい推定手法を開発した。主な成果は次ぎのとおりである。(1)今までBreakdown Pointが一番高い方法はleast median of squaresとrepeated medianしかなかったが、この二つの方法は必要最小限の良い観測データを使って結果を推定する。新手法は従来のRobust Estimationより推定値の効率がよくleast squaresと同程度である。これは目標関数がleast squaresと同じためで、sign-constrained robust least squaresと呼ばれる。また、Iterative versionを実行すれば、異常データが50%以上あっても正しい結果を得られる。さらに、副産物としてscale関数のrobust推定も可能である。この新しく開発した方法を使うことで、異常データの影響を完全に取り除くことができ、観測データのpartial multicollinearityからの影響もなくなる。(2)HuberがはじめたM-Estimatesでは、Breakdown Pointは1/(t+1)であったが、weights of observationsの観点から考察すると、Huberのrobust estimationはrobustではないことを初めて明らかにした。同じの結果はL1-normに対してもいえる。(3)異常データの誤差の符号の確率を仮してsubjective breakdown pointという新しい概念を提唱した。これはDonohoとHuberのstochastic breakdownの発展である。平成17年度の主要な研究課題として混合整数線形モデル、逆問題の理論、精密海底地殻変動と衛星観測値の精度についての研究を行った。具体的な内容は以下の通りである。(i)GPS宇宙測地における基本モデルとしての混合整数線形モデルについて整関数の最適確率境界を計算した。

従来、最善とされていた上限確率境界はShannonが1959年に公表したものであるが、本研究ではShannonの結果に比べ2倍程度の精度改善がなされた。また、下限確立境界も従来に比べ数倍良い結果が得られた。さらに、GPSのambiguityを正確に決定するため、整関数のconservative hypothesis testingを提唱した。(ii)衛星重力ミッションCHAMPによる精密重力場の決定では、従来、通常、Kaula ruleが使われていたが、本研究の数値シミュレーションの結果、正則化を用いることで、Kaula ruleに比べ、球関数係数の精度が数倍から数十倍向上できることが判明した。また、1変数の正則化と多変数正則化についての比較研究も行った。(iii)地球表面の70%は海面下であるので精密海底地殻変動観測は重要な技術である。本研究ではGPSと音響測位に基づく新しいdifference techniquesを開発した。この方法はScripps海洋研究所が提唱していた方法より理論的に優れており、水平成分・上下成分とも高い精度での測位が可能である。(iv)衛星重力ミッションでの観測値の精度は同じではないため、解の安定性が非常に悪くなる。そのため、観測値の実際の精度と重力場の球関数を同時に決定する必要があり、本研究では、観測値の残差から正則化の影響を除去し、ほぼ不偏な分散成分を決定した。さらに、正則化と分散推定との相互作用の影響を避けるため、反復解法を提唱した。平成18年度の主要な研究課題として衛星軌道微分式の物理、逆問題としての線形モデル観測値の精度と衛星観測値の時空間相関についての研究を行った。具体的な研究成果は以下の通りである。(i)従来から逆問題の研究成果や応用例は多くあるが、それらのほとんどは観測値の精度が既知であるという前提に基づいていた。Schwintzer (1991)とKoch & Kusche (2002)の研究は、いくつの観測値の精度、正則化のモデル関数を全て未知関数としてBayesian理論とMINQUE手法を利用して計算していた。しかし、Koch & Kusche (2002)の方法では、CHAMPやGRACEのような重力衛星の観測値の結果精度はシミュレーション値より10000倍以上悪いことが判明した。本研究ではこの問題について頻度統計の観点から研究を行った。得られた結果をみると、シミュレーション値をほぼ再現できることが判明した。
免疫セマフォリンによる宿主免疫応答の制御

「目的」セマフォリン分子群は従来発生過程での神経ガイダンス因子として同定されてきた分子群であるが、近年免疫応答における役割が明らかになりつつある。本研究計画では、免疫系で機能するセマフォリン分子を標的とした新たな宿主免疫応答の人工的操作法の分子的基盤を確立することを目的とする。「結果」抗原をパルスした樹状細胞をSema4Dのリコンビナント蛋白で処理することにより、樹状細胞ワクチン効果が増強できることを見出した。次に樹状細胞のcDNAライブラリーよりSema4Aを新たにクローニングするとともに、Sema4AがT細胞の活性化に寄与すること、また発現クローニングによりSema4Aの受容体としてヒトA型肝炎ウイルス受容体とホモロジーを有するTim-2を同定した(Nature 419,629-633,2002)。更にSema4Aの生体内での機能を明らかにする目的でSema4A欠損マウスを作成し、Semaa4AがT細胞ブライミンおよびTh1/Th2制御に関与していることを明らかにした(Immunity 22,305-16,2005)。「考察」本研究により免疫応答の様々な局面でセマフォリンが重要な機能を担っていることが明らかとなった今後より感染に対してより効果的かつ実用的な宿主免疫応答を誘導法の検討が必要である。「意義」セマフォリンが新たな免疫調節分子群を形成していることが明らかとなるとともに、その活性を担う受容体の同定によりその作用メカニズムが明らかとなった。今後この分子基盤にたった新たな宿主免疫応答の人工的操作法の確立が期待される。セマフォリン分子群は当初神経系の発生におけるガイダンス因子として同定されてきた分子群であるが、「免疫セマフォリン分子群」と呼ばれる免疫系で機能する分子群の存在が本計画研究を通じて明らかになってきた。我々は現在「免疫セマフォリン分子群を分子基盤とした宿主免疫応答の人工的操作」という新たなパラダイムの確立を目指して本研究計画を遂行中である。本年度の研究計画により以下のことが明らかとなった。1)セマフォリンクラス4型に分類される膜型のセマフォリン分子Sema4Aが、従来から知られていた樹状細胞での発現に加え、Th1分化に伴いTh1細胞特異的に発現誘導されることが明らかとなった。2)Sema4A欠損マウスを用いた免疫解析から、Sema4A欠損下ではP.acnesにより誘導されるTh1応答が低下する一方、N.brasiliensisにより誘導されるTh2反応は亢進していることよりSema4AのTh1/Th2制御への関与を示すとともに、抗原でパルスした樹状細胞の移入実験により樹状細胞に発現するSema4AがT細胞プライミングに関わるのに対して、Th1細胞に発現誘導されるSema4AはTh1反応の促進に寄与することを新たに見出した。3)マラリア感染時肝臓で発現上昇することで知られるSema4Gの欠損マウスを作製したところ、Sema4G欠損下では肝臓におけるNK細胞数が優位に低下していることを見出した。以上今年度の本研究によりSema4A及びSema4G等のセマフォリン分子の免疫系での重要な役割が確認された。今後免疫調節分子としてのセマフォリン分子群を分子基盤とした効果的なワクチンや感染症治療を目指し更に研究を進めていく予定である。

次に樹状細胞のcDNAライブラリーよりSema4Aを新たにクローニングするとともに、Sema4AがT細胞の活性化に寄与すること、また発現クローニングによりSema4Aの受容体としてヒトA型肝炎ウイルス受容体とホモロジーを有するTim-2を同定した(Nature 419,629-633,2002)。更にSema4Aの生体内での機能を明らかにする目的でSema4A欠損マウスを作成し、Semaa4AがT細胞プライミンおよびTh1/Th2制御に関与していることを明らかにした(Immunity 22,305-16,2005)。「考察」本研究により免疫応答の様々な局面でセマフォリンが重要な機能を担っていることが明らかとなった。今後より感染に対してより効果的かつ実用的な宿主免疫応答を誘導法の検討が必要である。「意義」セマフォリンが新たな免疫調節分子群を形成していることが明らかとなるとともに、その活性を担う受容体の同定によりその作用メカニズムが明らかとなった。今後この分子基盤にたった新たな宿主免疫応答の人工的操作法の確立が期待される。
湖沼の沿岸帯における生態系過程のモデリング

平成14年度は、特にモデリングに必要なデータ収集のために抽水植物の生態調査と、それに基づいたモデリング、沈水植物の室内実験を中心に研究を進めた。フィールド調査では、スリランカとわが国の湿地環境における主要な種として、ホテイアオイをはじめ、ヨシ、ヒメガマ、マコモ等の生態調査を行い、次のような新しい結果を得た。(1)好気条件下におけるホテイアオイの分解について調べた結果、葉のグラム当りのアンモニアの溶出は6.6mg/1/gで、根よりも早いことが分かった。他の栄養素についても特性を明らかにした。(2)ヨシの炭水化物、栄養塩の循環においては、春の発芽時、葉茎の初期生長時には古い地下茎の貯蔵物を利用し、夏場、葉茎の生長終了後の地下茎への貯蔵は年齢に関係なく行われる。しかし、秋には若い地下茎に輸送が行われ、古い地下茎から若い地下茎への輸送も行われる。(3)ヒメガマにおいては、葉茎の生長が初秋時にまで継続されるために、葉茎の生長終了後の地下茎への輸送は若い地下茎を中心に行われる。(4)ヨシについて仮説がたてられていた、栄養塩が豊富な土壌および貧弱な土壌における、群落内のassimilation typeとtranslocation typeの二つのタイプの栄養塩循環の過程が、ヒメガマにおいても生じていることが示された。さらに、マコモにおいては、初期生長時に葉茎についての顕著なself-thinningを行うことによって、assimilation typeの栄養塩循環を行っていることが示された。(5)マコモにおける顕著なself-thinningは、他種の進入を妨害するものと考えられることが示された。室内実験においては、ヒロハノエビモを中心に生長実験を行ってモデリングに必要なデータを得るとともに、付着藻が生長に及ぼす影響を求めた。この結果、付着藻が繁殖することによって、ヒロハノエビモの生長が著しく妨げられることが示された。以上の結果を元に、ヨシにおける生長・分解モデルを作成し、栄養塩循環への適用、ガマ、ヒメガマにおける生長モデルを作成することにより、ガマとヒメガマの競合への適用、緯度の違いによる地上部、地下部のバイオマスの違いの評価に対する適用、刈り取りの影響の影響評価への適用、オオクグの生長モデルの作成およびヨシとの競合の解析への適用等のモデリングを行い、いずれも良好な結果を得た。さらに、従来の観測のみでは得られなかったメカニズムの把握においても様々な結果を得ることができた。
金属粉末レーザ積層造形における形状寸法・微細構造制御のためのPFM/DEM解析

フェーズフィールド法(PFM)と個別要素法(DEM)の連成解析が溶融粒子に適用され,レーザ積層造形の基礎プロセスがシミュレートされる.PFMでは粒子間の界面移動が計算され,粒子間で作用する力がDEMに受け渡され,粒子の運動が計算される.粉末床中央部での粒子は液相状態と設定され,時間と共に粒子が融合する過程が計算される.周囲の粒子については固相焼結プロセスがシミュレートされる.レーザ積層造形の基本要素をフェーズフィールド法(PFM)と個別要素法(DEM)のそれぞれで考慮し,まずは2次元解析コードとして定式化を行った.並行して,解析法の構築,検証に必要な実験システムを立ち上げ,諸条件を変えながら,データ収集を開始した.1.DEM解析コードにおける基本要素の導入:2粒子の溶融結合過程を,表面張力を考慮した粘性有限要素法を用いて解析し,時間による粒子の形状変化,接近挙動および収縮力の変化を算出した.これを基に,収縮力と接近速度の関係を表すモデルを作成した.また,モデルに現れる形状因子の補正係数を決定し,DEM解析への導入を可能にした.2.PFM解析コードにおける基本要素の導入:溶融粒子の間に働く収縮力をPFMにより見積もるための手法を構築した.溶融した粒子にPFM/DEM連成法を適用するにあたり,隣接する粒子に便宜的に異なるフェーズフィールド変数を設定した.その上で,わずかな界面エネルギーを与えることで,ネック部に作用する引張力を算出できるようにした.この手法を用い,粉体モデルを作成し,シミュレーションを行ったところ,粒子同士が融合してひとつの塊になる過程が再現できた.3.実験システムの立ち上げ,予備実験:レーザ発信器,光学系装置を購入し,これらを用いて基礎実験用の積層造形システムを立ち上げた.いくつかの粉末材料に対し,出力,走査速度など変えて照射実験を行い,粉体の溶融結合を確認した.これを基に,造形可能な基礎的な照射条件を決定した.さらに照射実験を進め,データ収集を開始した.前年度に作成した解析コードについて検証,改善を行い,金属粉末レーザ造形用PFM/DEMハイブリッド解析法の構築を進めた.また,前年度に立ち上げたレーザ造形実験システムを用いたデータ収集を行った.1.PFM/DEMハイブリッド解析法の構築:昨年度,粘性有限要素法による2粒子の溶融結合過程の解析結果を基に作成した収縮力と接近速度の関係式を,粘性係数の補正係数としてDEMのモデルに導入した.これによりPFM/DEM連成法において溶融部の合体接近過程を再現できるようになった.また,焼結現象に対しては,粒子間のすべりの程度を変えてシミュレーションが行えるように,計算コードを改善した.これにより,各種条件下での焼結変形を再現可能になった.2.実験システムによるデータ収集:構築したレーザ造形実験システムを用いて,照射方法,条件等を変えて,系統的に実験データを収集した.まず,スポット照射において,照射j条件が溶融再凝固部分と周囲の焼結部の形態に与える影響を調査した.また,線状照射において,予熱の効果を調査した.その結果,予熱温度が高くなると照射条件が溶融再凝固部分の形態に影響することがわかった.異動に伴い,実験装置の梱包,移設等を行い,その間の実験を中断する必要があったため.昨年度に引き続き,レーザ照射による粉体の溶融・再凝固および周囲の焼結領域の形成に関するデータ収集を継続した.今年度は予熱をする場合としない場合について,異なる材料特性を持つ粉体の収縮挙動の差異を主に調査した.一方,PFM/DEMハイブリッド解析法については,溶融再凝固部周辺に生成する焼結領域において,粒子間のすべり変形を考慮したシミュレーションができるように,計算コードを改善,発展させた.1.PFM/DEMハイブリッド解析法の改善:焼結領域において,粒子表面が溶融するような粉末材料の場合は,粒子同士のすべり変形が大きくなると考えられる.粉末粒子間のせん断抵抗係数を小さく設定することで,粒子間のせん断変形が大きな条件での計算ができるようになった.特に焼結領域境界が固定され,拘束がある場合は,粉体全体の収縮変形に影響することがわかった.また,すべり変形の増加によるせん断型の分離を再現できることも確認した.2.材料特性の異なる粉体の収縮挙動のモデル実験:粉末サイズ,融点が同程度で,熱伝導率が大きく異なる粉末材料に対し,種々の条件で線状照射における溶融再凝固部の差異を調査した.その結果,溶融再凝固部形成への予熱の効果が材料特性に影響されることがわかった.レーザ照射した粉体断面の電子顕微鏡観察により,予熱による粉末同士の結合の程度により粉体の有効熱伝導率が変化し,溶融部の冷却速度に影響を与えたことが示唆された.フェーズフィールド法(PFM)と個別要素法(DEM)の連成解析が溶融粒子に適用され,レーザ積層造形の基礎プロセスがシミュレートされる.PFMでは粒子間の界面移動が計算され,粒子間で作用する力がDEMに受け渡され,粒子の運動が計算される.粉末床中央部での粒子は液相状態と設定され,時間と共に粒子が融合する過程が計算される.

周囲の粒子については固相焼結プロセスがシミュレートされる.実験システムは順調に立ち上がり,実験データの収集を始めることができた.また,PFM/DEM解析コードに基本的な要素を導入し,粉体の溶融結合過程がシミュレートできるようになった.ただし,計算モデルは初歩的なものであり,溶融造形として考慮しなければならない要素はまだ多い.実験装置の移設に伴う出費はあるが,研究計画の変更はなく,実験データの収集をできる限り行う.28年度が最終年度であるため、記入しない。材料加工・組織制御工学前年度に作成した解析コードに,考慮しなければならない要素をさらに加えながら,検証,改善を重ね,金属粉末レーザ溶融造形用PFM/DEMハイブリッド解析法を構築する.また,高性能な最新のワークステーションを購入し,大規模な計算を効率よく行えるようにする.実験システムについては,照射方法,条件を種々替え,本格的なデータ収集を行う.1000円以下の端数であり,次年度での使用が妥当であると判断した.28年度が最終年度であるため、記入しない。1000円以下の端数であり,次年度での使用が妥当であると判断した.消耗品等の一部として使用する.28年度が最終年度であるため、記入しない。消耗品費の一部として使用する.28年度が最終年度であるため、記入しない。
体外循環を用いない心房細動根治術(pumpless Maze)の開発

本研究の目的は体外循環を用いない心房細動根治術(pumpless Maze)の開発である。まずMaze手術の成否に関する術前諸因子の解析を行った(第40回日本胸部外科学会関西地方会(於:神戸、平成9年6月)にて発表)。なぜなら、筒状の孤立性心房細動に対するMaze手術での心房細動改善率はほぼ100%であるが、僧帽弁疾患に合併した心房細動に対するMaze手術の成功率は80%程度である。当施設においても70%であり、すべての症例にMaze手術が適応とされるものではないものと考えられる。当施設で施行したMaze手術症例21例において検討した結果、術前の心電図のVI誘導におけるf波高が最も重要で、0.1mV以下の症例では、心房細動の改善は得られなかった。心胸郭比が次いで重要で70%を越える症例での心房細動の改善は認められなかった。他に心房細動の既往期間が重要であると考えられた。また心房細動が軽快し、心房調律が回復するまでの期間を検討した。これは手術効果の判定に要する期間の決定のため重要であり、術後atrial rhythmに復するまでの期間は、0-46日(平均12日ですが、40日以上は3例であった。)であった。このことは約2カ月の観察期間が必要であることを示している。これらのデータを十分に踏まえ、今後も引き続きpumpless Maze手術の開発をすすめる予定である。本研究では心房マッピングシステムを改良し、これを用いてレーザーの至適照射条件を検討し、外科的切開術に代わる手技を開発する。さらにこの手技を用いてpumpless Mazeを開発することを目的とした。(1)心房マッピングシステムの改良雑種成犬ならびに人間(成人)の両心房の電位を同時に96ポイントから採取できるようにカード型電極を作製し、両心房の電位を同時に96ポイントから採取・解析できるシステムを開発した。(2)レーザーの至適照射条件の検討本研究では現有のレーザー照射システムを用いて、雑種成犬の心房筋に対してYAGレーザーの出力・距離を様々に変えて照射を行い、照射前後で心房マッピングを行い、照射線(切開線にかわるもの)の前後で電気的に隔絶されているかを確認し、その効果を判定する。現在、その出力、距離を変化させ、電気的に隔絶しうる最小の出力を検討中である。)であった。
皮膚のニュートリプロテオミクスを用いた栄養状態診断法の確立

簡便で誰にでもでき、さらに痛みの少ない栄養状態診断の方法を開発すべく、表皮のタンパク質に着目した。そのために、皮膚のニュートリプロテオミクス法を確立し、マーカーとなりうるタンパク質を見出すことを目的とした。本研究の成果として、アミノ酸バランスの良いタンパク質食、アミノ酸バランスの悪いタンパク質食および無タンパク質食を1週間摂取させたラット背部表皮タンパク質で変動のあったタンパク質を, Ras-related protein Rab-6A, NADH脱水素酵素,α-エノラーゼを含む21種類見出した。平成21年度は、(1)皮膚タンパク質の抽出法の確立、(2)タンパク質の二次元電気泳動用サンプルの調製法の確立を検討した。(2)二次元電気泳動のサンプルの調製法を検討した。サンプルの10mM Tris(2-Carboxyethyl)-Phosphine Hydrochloride(TCEP)および40mMvinylpyridineでの前処理,等電点電気泳動のゲル膨潤時にジチオスレイトール(DTT)を使用,等電点電気泳動後の還元アルキル化は還元剤としてDTT,アルキル化は行わない方が良いことがわかった。上記方法により,二次元電気泳動のバックグランウンドの低減,ストリーキングの減少,さらにタンパク質のスポットの増加が認められた。平成21年度の成果により、平成22年度以降に行う栄養状態の異なるラットの皮膚を用いた二次元電気泳動が可能になると考えている。平成21年度は、皮膚全体からのタンパク質の抽出法およびその二次元電気泳動法について確立した。より痛みの少ない診断方法としては、皮膚全体よりは、神経のない表皮を検体とする方がサンプリングのしやすく、無痛なので、平成22年度は、表皮のタンパク質の抽出法について検討した。(1)表皮の獲得は、皮膚を1mMフッ化フェニルメチルスルフォニル(PMSF)および1mMエチレンジアミン四酢酸ナトリウム(EDTA)を含む60°CのPBSにて30秒処理し、表皮を剥離するのがよいことが分かった。(2)剥離した表皮からのタンパク質の抽出は、7M尿素、2Mチオ尿素、4%(w/v)CHAPS、1mM PMSFおよび1mM EDTAを含む40mMトリス中で表皮を細胞破砕機処理後、12000gで遠心し、上清を得、本液を表皮タンパク質抽出液とした。(3)本抽出液をドライストリップ(18cm、pH3-10NL)に45μg供与することとした。本条件で行うことにより、表皮中タンパク質のスポットが鮮明に現れることがわかった。平成2122年度において確立した表皮タンパク質のプロテオミクス法を用いて、栄養状態により敏感に迅速に変動するタンパク質を同定し、さらにデキサメタゾン投与でも同様に変動するタンパク質を同定し、栄養状態で特異的に変動するタンパク質を確定することを目的とした。その結果、(1)アミノ酸バランスの良いタンパク質(カゼイン)食、アミノ酸バランスの悪いタンパク質(グルテン)食および無タンパク質食を1週間摂取させたラット背部表皮タンパク質で変動のあったタンパク質を、30種類(カゼイン食とグルテン食で変動のあったタンパク質8種類、カゼイン食と無タンパク質食で変動のあったタンパク質19種類、グルテン食と無タンパク質食で変動のあったタンパク質7種類)見出した。(2)1週間のデキサメタゾン投与によっても変動したタンパク質は、9種類存在した。よって、栄養条件の変化のみで変動する表皮タンパク質は21種類存在することがわかった。このうち、3種類についてMALDI-TOF-MSを用いて同定したところ、RAB-related protein Rab-6A,NADH dehy drogenase,α-enolaseだった。特に、Rab-6Aが変動する条件ははじめて認められたものであり、今後生体内での役割を解明する手がかりとなる可能性があった。
新しいスピンーパイエルス類似物質の磁気的性質

本研究では,スピンーパイエルス転移を引き起こしていると思われる新しい物質に着目し,主としてその磁気的性質を明らかにすることにより,スピンーパイエルス転移現象について理解を深める事を目的として平成元年度及び平成2年度の2ヶ年間に研究を行った.平成2年度(当該年度)は,研究成果の取りまとめる念願に置きつつ,平成元年度の研究計画を発展的に継続した.1.《高純度,良質な錯塩結晶の作成》新しいスピンーパイエルス類似物質と思われる2種類のシアニン色素ーTCNQ系錯塩,及びその他の類似錯塩の良質な結晶を作成した.2.《スピン帯磁率の温度依存性の解析》2種類の錯塩結晶のスピン帯磁率の温度依存性をファラデ-法によって詳細に測定し,これらのスピン帯磁率はスピンーパイエルス転移に類似の現象(低温域での帯磁率の急減少)を示すことを見出していたが,すでに知られているスピンーパイエルス物質に比べて転移温度が明瞭でないなど,その振舞いは少し異なる.高温域の帯磁率の温度依存性を,一次元磁性体等の理論と比較検討した.3.《ESRによるスピンダイナミックスの解析》単結晶のESRは,室温域でシャ-プな1本の吸収が観測され,その吸収幅が温度や外部磁場方向に大きく依存するなど,低次元磁性体の特徴を示すことを明らかにした.4.《研究成果の公表》研究成果の1部を取りまとめ,「磁気相転移」国際シンポジウムにて発表し,論文がJ.Mag.Materials Vol.90&91(1990)241ー243に掲載された.本研究では,スピンーパイエルス転移を引き起こしていると思われる新しい物質に着目し,主としてその磁気的性質を明らかにすることにより,スピンーパイエルス転移現象について理解を深める事を目的として平成元年度及び平成2年度の2ヶ年間に研究を行った.平成2年度(当該年度)は,研究成果の取りまとめる念願に置きつつ,平成元年度の研究計画を発展的に継続した.1.《高純度,良質な錯塩結晶の作成》新しいスピンーパイエルス類似物質と思われる2種類のシアニン色素ーTCNQ系錯塩,及びその他の類似錯塩の良質な結晶を作成した.2.《スピン帯磁率の温度依存性の解析》2種類の錯塩結晶のスピン帯磁率の温度依存性をファラデ-法によって詳細に測定し,これらのスピン帯磁率はスピンーパイエルス転移に類似の現象(低温域での帯磁率の急減少)を示すことを見出していたが,すでに知られているスピンーパイエルス物質に比べて転移温度が明瞭でないなど,その振舞いは少し異なる.高温域の帯磁率の温度依存性を,一次元磁性体等の理論と比較検討した.3.《ESRによるスピンダイナミックスの解析》単結晶のESRは,室温域でシャ-プな1本の吸収が観測され,その吸収幅が温度や外部磁場方向に大きく依存するなど,低次元磁性体の特徴を示すことを明らかにした.4.《研究成果の公表》研究成果の1部を取りまとめ,「磁気相転移」国際シンポジウムにて発表し,論文がJ.Mag.Materials Vol.90&91(1990)241ー243に掲載された.本研究では、スピン-パイエルス転移を引き起こしていると思われる新しい物質に着目し、主としてその磁気的性質を明らかにすることにより、スピン-パイエルス転移現象について理解を深める事を目的として研究を行った。1.《高純度、良質な錯塩結晶の作成》新しいスピン-パイエルス類似物質と思われる2種類のシアニン色素-TCNQ系錯塩、及びその他の類似錯塩の良質な結晶の作成を試み、2種類の錯塩については高純度で良質な単結晶を得た。溶媒には、メタノ-ル及びアセトニトクルを使用し、単結晶は溶媒蒸発法により作成した。2.《スピン帯磁率の温度依存性の測定と解析》2種類の錯塩結晶のスピン帯磁率の温度依存性をファラデ-法によって詳細に測定し、これらのスピン帯磁率はスピン-パイエルス転移に類似の現象(低温域での帯磁率の急減少)を示すことを見出した。帯磁率が急減し始める温度は10K及び14K近傍であるが、すでに知られているスピン-パイエルス物質に比べて転移温度が明瞭でないなど、その振舞いは少し異なる。購入した小型高真空排気装置は磁気天秤と組合せ、帯磁率の精密測定に役だった。高温域の帯磁率の温度依存性は、一次元磁性体等の理論と比較検討した。3.《ESRによるスピンダイナミックスの測定》単結晶のESRを測定し、室温域でシャ-プな1本の吸収が観測されること、そして吸収幅が温度や外部磁場方向に大きく依存するなど低次元磁性体の特徴を示すことを明らかにした。また、帯磁率の急減する温度域でESRスペクトルにも異常があることを明らかにした。本研究では,スピンーパイエルス転移を引き起こしていると思われる新しい物質に着目し,主としてその磁気的性質を明らかにすることにより,スピンーパイエルス転移現象について理解を深める事を目的として平成元年度及び平成2年度の2ケ年間に研究を行った。平成2年度(当該年度)は,研究成果の取りまとめを念頭に置きつつ,平成元年度の研究計画を発展的に継続した。1.〈〈高純度,良質な錯塩結晶の作成〉〉新しいスピンーパイエルス類似物質と思われる2種類のシアニン色素ーTCNQ系錯塩,及びその他の類似錯塩の良質な結晶を作成した。

2.〈〈スピン帯磁率の温度依存性の解析〉〉2種類の錯塩結晶のスピン帯磁率の温度依存性をファラデ-法によって詳細に測定し,これらのスピン帯磁率はスピンーパイエルス転移に類似の現象(低温域での帯磁率の急減少)を示すことを見出していたが,すでに知られているスピンーパイエルス物質に比べて転移温度が明瞭でないなど,その振舞いは少し異なる。高温域の帯磁率の温度依存性を,一次元磁性体等の理論と比較検討した。3.〈〈ESRによるスピンダイナミックスの解析〉〉単結晶のESRは,室温域でシャ-プな1本の吸収が観測され,その吸収幅が温度や外部磁場方向に大きく依存するなど,低次元磁性体の特徴を示すことを明らかにした。4.〈〈研究成果の公表〉〉研究成果の1部を取りまとめ,「磁気相転移」国際シンポジウムにて発表し,論文がJ.Mag.Materials(1990)に掲載予定である。
DNA二本鎖切断を誘導し、口腔癌の原因となる歯周病菌と病原因子の特定

歯周病が口腔癌のリスク要因であるとの報告がある。DNA損傷の蓄積、即ちゲノム不安定性は癌細胞の本質的な変化のひとつであり、慢性的な細菌感染によっても、宿主ゲノムDNA二本鎖切断(DSB)が誘導され、その蓄積が、発癌機構のひとつであることが示唆されている。よって、口腔内細菌叢の破綻が相乗的にゲノム不安定性に関与しているのではないかと推察できる。しかし、これまでに口腔内細菌がDSBを引き起こすかは明らかにされておらず、口腔内細菌叢の変化とそのゲノム不安定性についても詳細な検討はされていない。よって、歯周病菌が、実際にDSBを誘導するかどうかを明らかにすることを研究目的とし実験を進めていく。
フラクタル構造を持つ超撥水面からの結晶化の試み

タンパク質などの生体高分子の結晶化に多用される蒸気拡散法では、生体高分子の液滴をシリコン・コートしたガラス表面に置き、結晶化させるのが一般的である。しかし多くの場合、液滴はぬれのためにガラス表面で広がり、複数の望ましくない結晶核の生成を促し、結果として得られる結晶のサイズが小さくなる。液滴を置く表面の撥水性が高くなれば、この問題を解決できる可能性がある。本研究では、フラクタル面によって発現される超撥水効果がタンパク質の結晶化にどのように影響するかを検討した。フラクタル面を形成し、超撥水効果を示すことが知られているアルキルケテンダイマー等を用い、結晶化を行うガラス表面上にフラクタル面を形成させた。この面上に酵素の一種であるリゾチームを含む緩衝溶液の液滴を静置し、蒸気拡散法で結晶化させた。一方、現在一般的に用いられているシリコン・コート処理した面上でも同様の結晶化を行い、両実験結果を詳細に比較した。フラクタル構造をもった超撥水面の純水に対する撥水効果は、通常のシリコン処理した面のものより顕著に高くなることが確認された。さらに、リゾチームを含む緩衝溶液の場合にも、結晶化の実験中を通して、その超撥水効果が充分に保持されることも明らかになった。このような撥水効果の向上により、結晶化の過程でタンパク質溶液の液滴がガラス面と接触する面積は最小限になり、ガラス面からの結晶核の成長は押さえられた。実際に、超撥水面を使って得られたリゾチームの結晶の数と大きさは通常のシリコン・コートを処理した面上で結晶化させた場合に比較し有意に変化した。前者の場合、生成する結晶の数は顕著に減少し、逆に結晶の平均的なサイズは顕著に大きくなった。本研究は、フラクタル効果による超撥水面が生体高分子の水溶液からの結晶化に極めて良好な影響を与え、実用的にも意味のあることを示した。本研究目的は、超撥水効果を示すアルキルケテンダイマ等を用いて、その撥水効果がどのように結晶成長に影響するかを明らかにし、その現象を結晶成長に利用する方法を確立することにある。超撥水効果を有するフラクタル面が、結晶化に有効に作用するかどうかを検討するために、つぎの点を明らかにした。1.リゾチーム蛋白質の結晶化による結晶性と超撥水性との相関性。2.表面張力と結晶核形成との相関性。3.フラクタル面が、液滴に与える化学的影響である。アルキルケテンダイマ(AKD)を用いたフラクタル構造をなす超撥水面での結晶化実験を行い、結晶化条件を様々に変えたときに得られる結晶のデータを収集した。まず撥水性能とAKDの純度は密接な関係があるので、超撥水面を形成するAKDの精密合成と精製を行った。得られたAKDを用いてフラクタル構造の超撥水面を作成し、標準試料として用いられる卵白リゾチームによる結晶化実験を行った。以下の条件について、シッティングドロップ法による結晶化を試みた。1.蒸気拡散する速度は、表面の形状(表面積)に依存することが考えられるが、液滴のサイズ(形状)と得られる結晶データとの関係から、フラクタル構造を持った超撥水面では影響を受けにくいといえる。2.界面に働く力によっても、蒸気拡散の速度や核形成に影響を与えると考えられたが、超撥水面では影響を受けにくいことが示された。3.結晶化にさいして、超撥水面との接触による母液の化学的変化は捉えられなかった。従来のシリコンコート法に比較して、フラクタル面を用いた場合、生成する結晶数は1/10と少なく、個々の結晶の大きさでは逆に34倍に大きくなることが明らかになった。本結果は、フラクタル構造を持つ超撥水面が、重力場においても大きな結晶を得る上でひとつの重要な方法になることを示唆するものである。

実際に、超撥水面を使って得られたリゾチームの結晶の数と大きさは通常のシリコン・コートを処理した面上で結晶化させた場合に比較し有意に変化した。前者の場合、生成する結晶の数は顕著に減少し、逆に結晶の平均的なサイズは顕著に大きくなった。本研究は、フラクタル効果による超撥水面が生体高分子の水溶液からの結晶化に極めて良好な影響を与え、実用的にも意味のあることを示した。
シロイヌナズナにおけるRNAサイレンシングに関与する新規因子の探索

私はこれまでモデル植物シロイヌナズナを用いて、miRNA経路に関与する新規遺伝子を発見する目的で、miRNAの生成を促進するHYL1の機能欠損変異体の抑圧変異体を遺伝子学的な手法を用いて探索した。その結果、HYL1に結合してmiRNAの生成を担うDCL1における新規dcl1-13変異がその原因であることを見出した。この変異はDCL1のヘリカーゼドメインにおけるミスセンス変異(DCL1^<E395K>)であった。本年度は、このようなdcl1-13変異の影響について、その原因の分子メカニズムの解明を行った。まず細胞内局在を調べたところ、野生型DCL1は核質及び核内のドット状構造に局在するのに対し、DCL1^<E395K>は核質のみに局在しドット状の局在は見られなかった。さらに野生型DCL1では核小体へは局在しないのに対し、DCL1^<E395K>はその局在が観察された。次に、BiFC法によって細胞内におけるDCL1とHYL1との結合能を調べたところ、DCL1^<E395K>はHYL1との結合能が弱く、特に核内のドット状構造における結合が弱いことが示唆された。以上の結果からdcl1-13変異の影響を説明すると、HYL1存在下でmiRNA生成が減少する理由として、dcl1-13変異によって核内での局在が異常になることによりHYL1との結合が弱まったため、と考えられる。本研究はmiRNAの生成における最重要タンパク質を扱ったものであり、本解析は動物から植物まで広く保存された遺伝子発現調節機構であるmiRNA経路の理解を得る上で、重要な意義を持つものである。今後さらに、HYL1によるDCL1活性化メカニズム、及びDCL1のヘリカーゼドメインの役割についてより詳細な解明が期待される。hyl1-2種子をEMS変異原処理し、約38,000個のM2芽生えから表現型が野生型様に復帰した22個体を単離し、そのうち1個体について解析を進めた。マップベースクローニング法によって原因遺伝子は1番染色体の上腕端440kb以内に存在することを見出した。この領域にはHYL1に結合してmiRNAの生成を担うDCL1が存在することから、DCL1コード領域周辺のゲノム配列を確認した結果、DCL1遺伝子の1183番目のグアニンがアデニンに置換していた。得られたhyl1サプレッサーはいずれも同じ変異を有していた。この変異を持つDCL1遺伝子をhyl1変異体に形質転換すると表現型が野生型様に復帰したことから、hyl1サプレッサーの原因であることが証明された。この変異(dcl1-13)はDCL1のRNAヘリカーゼドメインにアミノ酸置換を生じるミスセンス変異であった。次にdol1-13変異がどのようにhyl1変異を抑圧したのか知るために、hyl1サプレッサーにおけるmiRNAの蓄積量を調べたところ、hyl1変異体に比べ半優性にmiRNAの蓄積量は増加した。さらにdel1-13変異の特徴を知るため、hyl1サプレッサーからhyl1変異を除いたdel1-13変異体を作成しmiRNAの蓄積量を調べたところ、野生型に比べ減少していた。つまりdel1-13変異はHYL1が無いときにはmiRNAの生成を促進するが、HYL1があるときには逆に減少させる効果があるという興味深い結果が得られた。以上の結果から、これまで機能未知であったDCL1のヘリカーゼドメインとHYL1との機能的な関連が示唆された。
気孔孔辺細胞における高次環境情報処理システム

1.PATROL1因子を介した孔辺細胞と副細胞間コミュニケーションによる気孔開閉機構膜交通因子PATROL1、プロトンポンプAHA1等の気孔開閉制御因子の細胞内移動におけるエンドサイトーシス/エクソサイトーシス阻害剤および促進剤、またCa2+、cAMPなどのセカンドメッセンジャー阻害剤および促進剤の効果について解析を開始した。サーモグラフィを用いて、植物体表面温度の変化を測定し、各試薬の阻害効果を調べた。2.SLAC1陰チャネルにおけるCO2情報感知・処理機構の解明孔辺細胞局在陰イオンチャネルSLAC1のCO2シグナル受容部位を同定するため、すでに作成しておいた変異型SLAC1を導入した形質転換体の、蒸散測定により表現型解析を行った。N末端領域とC末端領域の両方を削り込んだ系統(ΔNC)がCO2応答を示したことから、SLAC1のCO2シグナル受容部位は膜貫通領域を形成する部分に存在することが示唆された。一方、ΔNCはABAに応答せず、過去の知見とも矛盾しなかった。以上のことから、CO2シグナル受容部位は、これまでに報告されているABAシグナル受容部位とは異なることが示唆された。さらに、CO2シグナル受容に関与するアミノ酸を同定するため、SLAC1の立体構造モデルを基にリン酸化されうるアミノ酸を7つ選抜し、1アミノ酸置換実験を行った。CO2応答が緩慢になった4系統が確認された。これらの系統で置換したアミノ酸がSLAC1のCO2シグナル受容に関わっている可能性を調べるために、4系統から調整した孔辺細胞プロトプラスト(GCP)を用い、ABAとCO2によるSLAC1チャネルのリン酸化について、Phos-TAGを用いた解析を開始した。26年度が最終年度であるため、記入しない。
モット転移近傍の異常金属相:総括班

モット絶縁体は電子間の強い相互作用に起因した絶縁体状態であり、単純なバンド理論では記述できない。このモット絶縁体では電子スピンが各格子に残り様々な磁性が出現する。このモット絶縁体にキャリアーがドープされると電流が流れるようになり金属的な状態が実現するが、そこでは電流と磁性が密接に関連しており、バンド理論での絶縁体にキャリアーがドープされた状況である半導体とは本質的に異なった「異常金属相」となる。実は、銅酸化物において見られる高温超伝導はこのドープされたモット絶縁体の基底状態のひとつと考えることができるのである。また、多くの遷移金属酸化物が示す多彩な現象はこの「異常金属相」の諸相なのである。本計画はこのドープされたモット絶縁体に於ける異常金属相の本質を実験的・理論的に明らかにし、更に、新しい方向を方向を見出すことが目標であった。この目標に向かっての3年間の研究成果の第1は銅酸化物においては「異常金属相」の実験的事実をほぼ完全に明らかにしたことである。特に低ドープ領域に於けるスピン・ギャップないしは擬ギャップをはじめ、より高温に見られるホール係数の異常の様相が明らかになった。理論的には、高温領域で反強磁性的スピンゆらぎの成長がホール係数の異常を引き起こし、より低音で1重項の成長が擬ギャップの発現機構の原因となっているというシナリオが浮かびあがってきた。一方、他の遷移金属酸化物の中で最も良く研究されたマンガン酸化物に於いては軌道の自由度が多彩な磁気的・電気的性質を引き起こす様相が明らかにされ、巨大磁気抵抗やにおいて、モット絶縁体・異常金属相をはじめp-波的超伝導が発見された。この発見は、軌道自由度の量子的ゆらぎが未知の液体状態を引き起こす可能性を示唆し、将来の研究におおきなテーマを明示した。モット転移近傍の異常金属相の究明という大きな課題、目的を目指しての第1年度には以下の活動をした。1.「研究会」1995.4.14(於:山上会館)活動を始めるに当たって、本領域研究の目的を確認した。次いで、問題点を整理し、アメリカ物理学会及びスタンフォード大学で開かれた国際会議の報告、討論を行った。2.「講演会」1995.4.15(於:山上会館)モット転移系から見た重い電子系についての講演、討論会を行った。3.滞在型研究会1995.8.2-8.9(ガリアック)多くの若手理論家を中心に数名の指導的実験家を交えて研究討論を行い、研究の推進を図った。(実際その後いくつかの具体的な共同研究が誕生した。)4.ワークショップ1995.10.30-11.2(苗場)計画研究、公募研究全ての研究者による成果発表と討論を行った。5.公開討論会1996.1.8-10(於:山上会館)問題点を整理し、現状を正しく認識するため、討論時間を十分にとった講演会。重い電子・有機導体における同様の問題についても関連を追究した。6.ミニ研究会1996.2.5-6(於:名古屋大学豊田講堂)超伝導の対称性と表面・界面の影響についてのより深い理解を目指し、理論家・実験家間の十分な意見交換を意図した。モット転移近傍の異常金属相の研究という大きな課題、目的を目指しての第2年度には以下の活動をした。1.「公開討論会」1996.4.24(於:東京大学理化学講堂)「モット転移近傍の異常金属相」に関する諸問題について討論した。(於:京大基研、1996.7.8-28)を共催。強相関電子系全般について討論を行った。