hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
寒冷ストレスに関する病態の解明

凍死の診断は、解剖において特異的な所見が無い為、除外診断を行い、比較的特徴的な所見及び警察の環境捜査情報によるところが大きい。本研究では、寒冷ストレス曝露による細胞死への病態生理を解明し、凍死の診断に有用な法医学的診断マーカーの開発を目的としている。寒冷誘発RNA結合蛋白、Cold-inducible RNA binding protein (CIRP)と、RNA bindingmotif protein 3 (RBM3)の免疫染色は、死亡前の低温環境ストレス曝露を推定するマーカーと成り得る可能性が示唆された。寒冷刺激ストレス下では、一般に蛋白合成全体が抑制されるにも関わらず、ある遺伝子の発現が増加し、特定の蛋白合成の増加が知られている。培養細胞を用いたヒト細胞で比較的解明が進んでいる寒冷誘発RNA結合蛋白には、Cold-inducible RNA binding protein (CIRP)と、RNA binding motif protein 3 (RBM3)がある。今回、これら2つの蛋白質が、凍死診断のマーカーに成り得るか否かの検討を、免疫組織化学的方法により検討した。【方法】倫理委員会承認後、司法解剖において凍死と診断された解剖まで死後1週間以内の19事例、解剖まで死後半月以上経過した5例、死亡前後に低温環境下にあった、解剖まで死後1週間以内で、死因が凍死以外の事例10例(外因死7例、急性内因死3例)、コントロール群として死亡時常温下の10例(外因死9例、急性内因死1例)の、肝臓、肺、腎臓、心臓、大脳組織に対して、常法に従って免疫染色を行った。【結果・考察】コントロール群で2つの蛋白質は染まらず、凍死(死後1週間以内)群では、RBM3が100%、CIRPは89%で陽性であった。解剖まで死後経過時間が半月以上ある凍死群では、両蛋白質の陽性率が下がり、死後変化による抗原蛋白質の変性が示唆された。一方、死亡前後に低温環境下にあった凍死以外の事例では、外因死7例全例に、RBM3及びCIRPが染色された。これら2つの蛋白質の染色は、死亡前の低温環境ストレス曝露を推定するマーカーと成り得る可能性が示唆された。【方法】倫理委員会承認後、司法解剖において凍死と診断された解剖まで死後1週間以内の30事例、解剖まで死後半月以上経過した11例、死亡前後に低温環境下にあった、解剖まで死後1週間以内で、死因が凍死以外の事例40例(外因死31例、急性内因死9例)、コントロール群として死亡時常温下の30例(外因死19例、急性内因死11例)の、肝臓、肺、腎臓、心臓、大脳組織に対して、常法に従って免疫染色を行った。【結果・考察】コントロール群で2つの蛋白質は染まらず、凍死(死後1週間以内)群では、RBM3が97%、CIRPは87%で陽性であった。一方、死亡前後に低温環境下にあった凍死以外の事例では、RBM3は92.5%に、CIRPは87.5%に染色陽性であった。これら2つの蛋白質免疫染色は、死亡前の低温環境ストレス曝露を推定するマーカーと成り得る可能性が示唆された。凍死の診断は、解剖において特異的な所見が無い為、除外診断を行い、後述の比較的特徴的な所見及び警察の環境捜査情報によるところが大きい。本研究では、寒冷ストレス暴露による細胞死へ至病態生理を解明し、最終的には、特異的に凍死と診断できる、新しい法医学的診断マーカーの開発を目的としている。凍死の診断には、比較的特徴的な肉眼所見として、左右心臓血の色調差(O2-Hb量の差)、胃粘膜のWischnewski斑、矛盾脱衣等が参考にされている。

組織学的所見としては、心筋線維間隙の消失や壊死を呈するコンパクト再配列現象が報告されている。生物が低温ショックに応答し、ある種のたんぱく質合成量が一時的に増大することが知られている。しかし、哺乳類で発現が誘発される低温ショック蛋白質(CIRP)に関する研究は、培養細胞を用いた研究が中心であり、ヒトが低温環境下に暴露されて場合において、その発現を検討した報告は認められない。寒冷ストレスによる細胞死の機序を明らかにする過程で、凍死に特異的な法医診断学における進歩を目的として、今回我々は、哺乳類が低温暴露された際に発現誘導される低温ショック蛋白質cold inducible RNA binding protein (CIRP)が、凍死診断のマーカーに成り得るか否かの検討を、免疫組織化学的方法により行った。【方法】倫理委員会承認後、凍死と診断された司法解剖事例の肝臓、肺、腎臓、心臓、大脳組織、コントロール群として凍死以外の事例の各組織を、ホルマリン固定後通常の手順により組織標本作製を行った。HE染色の他、抗ヒトCIRP抗体、細胞増殖期に発現するproliferatingcell nuclear antigen (PCNA)抗体、熱ショック蛋白hsp70、ユビキチンに対する免疫染色を行った。穏やかな寒冷刺激によって、多くのヒートショックプロテイン遺伝子はダウンレギュレーションされる傾向があり、一方、RBM3及びCIRP遺伝子はアップレギュレーションされるという事実が、インビトロ(培養細胞)の実験において報告されている。昨年の実験結果より、凍死事例組織においても、同様な結果が示唆された。さらに今回、凍死(死後1週間以内)群では、RBM3の染色が100%、CIRPの染色が89%に認められたことから、凍死事例において、RBM3及びCIRPの著明な発現が確認された。培養細胞において、RBM3の発現は穏やかな寒冷(32°C)刺激初期から誘導され、寒冷曝露後612時間の間で最高値を示すとされている。一方、CIRP蛋白は寒冷刺激ストレス13時間後に検出され始め、寒冷曝露後12時間で最も発現が増加すると報告されている。今回の凍死事例組織における両蛋白質の染色結果も、その報告と一致すると考えられる。すなわち、凍死事例組織(インビボ)でのRBM3及びCIRPの染色陽性率は、インビトロ(培養細胞)での報告と一致していると考えられる。凍死(死後1週間以内)群での高い陽性率のみならず、死亡前後に低温環境下にあった凍死以外の事例10例では、外因死7例全例に、RBM3及びCIRPの染色(発現)が認められた。このことから、RBM3及びCIRPは、死亡前の低温刺激ストレス曝露の指標となることが示唆された。しかし、死亡前後に低温環境下にあった凍死以外の事例のうち、内因死3例では、RBM3及びCIRPの染色が認められなかった。この差は、生活反応の一部である蛋白質発現に必要な条件が、事例側にあったか否かの差に由来する可能性が示唆されるが、事例数を増やし、さらに検討する必要がある。現在のところ、コントロール群では、上記4つの抗体による免疫染色は全て陰性を呈した。
超並列処理のためのオブジェクト指向言語とその理処に関する研究

超並列処理をより実用的なものとすることを目的として,並列オブジェクト指向実行モデルを再検討し,その結果に基づいて記述言語を改訂した.また,言語処理系を試作し,シミュレーション実験を行った.1実行性能の改善(1)実行順序制御機構の導入:種々のシミュレーション問題などで必要となる時間的な情報の管理をグローバルな同期をとることなく行えるように,メッセージの到着順に関係なくメソッドの起動順序を柔軟に管理するための記述を,並列オブジェクト指向言語の言語仕様に加えた.(2)メソッド起動の高速化:OSのオーバヘッド軽減を目的として,実行順序制御やメッセージの待ち合わせなどについて,コンパイラによるスケジューリング解析を行い,通常メソッドのディスパッチを高速化した.2並列プログラミングの支援(1)アロケータ:分散メモリ型の並列計算機上で実行することを仮定して,オブジェクトを各ノードプロセッサに最適に割り付けるためのネットワークトポロジ独立なアロケータを試作した.(2)統合プログラミング環境:プログラムの編集からコンパイル,ネットワークトポロジとノード数の指定,アロケーション,実行などを統合的に行える専用のプログラミング環境を試作した.3実験LANにより結合されたUNLXワークステーション上にシミュレータを試作し,改善前との比較を行った.その結果,各プログラムの総通信量は4060%削減された.また,実行時間については,13倍程度速度が向上した.超並列処理をより実用的なものとすることを目的として,並列オブジェクト指向実行モデルを再検討し,その結果に基づいて記述言語を改訂した.また,言語処理系を試作し,シミュレーション実験を行った.1実行性能の改善(1)実行順序制御機構の導入:種々のシミュレーション問題などで必要となる時間的な情報の管理をグローバルな同期をとることなく行えるように,メッセージの到着順に関係なくメソッドの起動順序を柔軟に管理するための記述を,並列オブジェクト指向言語の言語仕様に加えた.(2)メソッド起動の高速化:OSのオーバヘッド軽減を目的として,実行順序制御やメッセージの待ち合わせなどについて,コンパイラによるスケジューリング解析を行い,通常メソッドのディスパッチを高速化した.2並列プログラミングの支援(1)アロケータ:分散メモリ型の並列計算機上で実行することを仮定して,オブジェクトを各ノードプロセッサに最適に割り付けるためのネットワークトポロジ独立なアロケータを試作した.(2)統合プログラミング環境:プログラムの編集からコンパイル,ネットワークトポロジとノード数の指定,アロケーション,実行などを統合的に行える専用のプログラミング環境を試作した.3実験LANにより結合されたUNLXワークステーション上にシミュレータを試作し,改善前との比較を行った.その結果,各プログラムの総通信量は4060%削減された.また,実行時間については,13倍程度速度が向上した.
産業看護職の救急対応能力向上のための学習支援システムの構築

事業場での救急対応は、その場の適切な判断と迅速な対応が救命率の向上、障害の拡大防止のために不可欠であり、その役割を担うのは産業看護職である。本研究はプレホスピタルケアを担う産業看護職の救急対応能力向上のために、救急対応に関するコンピテンシーの評価尺度を開発し、そのコンピテンシーに基づいた学習支援ツールを開発し公開する。
福島原発事故の衝撃：再帰的近代と地方政治の再編

本研究の目的は、原発事故によって、被災地福島の政治にどのような変化があったのかを明らかにすることである。本研究では、福島市民を対象とする質問紙調査、市会議員などを対象とする聞き取り調査を行った。その結果、福島では他地域と比較して政治不信が高まっていること、政治の側では結果的にさほど大きな変化が生じておらず、世論とのあいだに乖離がみられることが明らかとなった。東日本大震災とそれに伴う福島原発事故は、被災地福島の市民意識と政治構造をどのように変化させるのか。本研究ではこの問いを有権者に対する質問紙調査、地元の政治家や団体への聞き取り調査によって明らかにするものである。平成25年度は、有権者に対する質問紙調査の準備および実施が主たる内容であった。各種資料(地方紙記事、意識調査資料など)や文献を検討するなかで仮説をたて、調査票を作成した。この年の福島市長選において現職市長が敗退する結果となったが、有権者の投票行動はどのような要因に影響されていたのだろうか。そこには原発事故の影響はどの程度みられるのだろうか。また、原発事故後のこの地域の人びとの政治意識には他地域と比較してどのような特徴がみられるのだろうか。政治に対する不信感や環境意識等に明確な違いがみられるのだろうか。これらが主な問いとして設定された。比較可能な形とするため、各種世論調査や他の学術調査と共通の項目をできるだけ取り入れるようにした。市長選の後、福島市において選挙人名簿をもとにサンプリングを実施し、福島市民の約2%、3100名を対象者とする質問紙調査を郵送にて実施した。実施時期は平成26年3月である。結果、約39%の有効回答票を得ることができた。また、政治家、関係者らに対する聞き取り調査も開始している。年度内に三名の関係者から聞き取りを行い、とくに福島市政の現状について詳細な情報を得ることができた。平成26年度は、有権者に対する質問紙調査の分析を行った。まず、単純集計、クロス集計の結果をまとめ、調査対象者向けの報告書を作成した。そのうえで、各種世論調査との比較分析を行い、政治不信や一般的信頼感などの項目において、対象地域の住民が他地域と比べて大きく異なることを明らかにした。さらに、福島市長選における投票行動の分析も行った。それによると、現職に対し新人候補が圧勝した背景は、比較的若い無党派層の投票参加というものではなく、比較的高齢のノン・エリート層が通常とは異なる投票行動をとったことに起因することが明らかになった。これらの分析結果については政治学会において報告した。また、政治家や団体への聞き取り調査も継続的に実施している。調査の途中段階では、供給サイド(政治家)と需要サイド(有権者)のあいだには、その意識においてかなりの乖離があり、それが解消されていないことが示唆されている。供給サイドにおいては、原発事故前後で変化はほとんど生じていないが、需要サイドでは大きな変化が生じているためである。また、各種調査においては、住民の意識にもズレや分断が生じていることが示唆されており、こうした状況がいかなる帰結をもたらすのか、引き続き調査を続けていきたい。東日本大震災とそれに伴う福島原発事故は、被災地福島の市民意識と政治構造をどのように変化させるのか、本研究はこの問いを有権者に対する質問紙調査、地元の政治家や団体への聞き取り調査によって明らかにするものである。本年度は、すでに実施した有権者に対する質問紙調査の分析を行った。福島においては全般的に政治に対する不信感が強まっているものの、原発事故の影響が強いと思われる若年・中年層よりも高年層において政権への批判、脱原発の志向が強まっていた。この背景をさぐるため、自由回答の分析に力を入れた。その結果、小学生以下の子どもをもつ人では、子どもを取り巻く環境や将来への影響に強い関心があること、小さな子どもをもたない場合、男性はより国や政治のありかたに関心を向けることが明らかになった。つまり、子どもをもつ人々は、家族の安全や安心により注力せざるをえず、他者や政治の動向にまで関心を向ける余裕があまりないのではないか。ただ、この点は世代的特徴の影響が強いかもしれず、さらに検討が必要である。本年度は、政治の側がこの事態をどのように乗り越えようとしているのか、という点について追加の聞き取り調査を実施することができなかった。市民意識は確かに変容していることが確認されたけれども、それに対応する政治の側は震災以前と大きく変化したようにはみえない。この点の調査を継続しつつ、原発事故が地域政治に及ぼした影響の全容を明らかにしていきたい。当初計画では、聞き取り調査を進める予定であったが、日程上の都合等から計画よりもやや遅れている。そのうえで、福島市議会を中心に聞き取り調査を行った。市民意識の調査においては、政治に対する不信感、他者に対する一般的な不信感が増しているという変化がみられた。一方、政治の側においてはそれほど大きな変化は生じていないようである。原発事故後

12年ほどは、保守ー非保守という従来の政治的対立はほとんど表面化せず、事故への対応を党派を超えて行っていこうという姿勢が強かった。この点は、福島県および福島市、郡山市という県内主要都市で共通する傾向である。しかし、次第に脱原発、放射能の健康影響を重視する非保守側の主張が通りにくくなっていく。すなわち、一時的に「機会」は開かれたものの、構造を変化させるには至らなかったということである。しかし、まったく変化がないというわけではない。今もなお、国ー地方という対立が顕在化しうる要素が多く残されている。本研究の目的にそい、より長期的に経過をみていきたい。本研究の目的は、原発事故によって、被災地福島の政治にどのような変化があったのかを明らかにすることである。本研究では、福島市民を対象とする質問紙調査、市会議員などを対象とする聞き取り調査を行った。その結果、福島では他地域と比較して政治不信が高まっていること、政治の側では結果的にさほど大きな変化が生じておらず、世論とのあいだに乖離がみられることが明らかとなった。当初計画では、聞き取り調査を進める予定であったが、日程上の都合等から計画よりもやや遅れている。遅れている聞き取り調査を速やかに実施する。データ分析も継続的に行う。社会学遅れている聞き取り調査を計画的に進めるとともに、データ分析の結果を順次公表するよう努める。当初計画の通り、有権者意識調査を実施することができた。また、聞き取り調査にも着手した。これらの点から、おおむね順調に進展していると考える。質問紙調査データの自由回答データ分析などに時間を要し、予定していた聞き取り調査を実施できなかったため。聞き取り調査の予定があわず、旅費での使用が当初計画よりも少なくなったため。再度、聞き取り調査の計画を立て直し、その通りに実施する。有権者調査のデータ整備を行い、できるだけ早い時期にデータの分析を開始する。そのうえで、分析結果についても積極的に公表していく。並行して、政治家等への聞き取り調査を定期的に実施する。前年度予定分の聞き取り調査も含め、今年度の調査旅費として使用する。選挙後のサンプリングの時期が当初計画よりも遅くなり、なおかつ対象者への調査票発送の手続きにも時間を要したため、実施が三月にずれ込むこととなった。当初年度内に使用を予定していた郵送費(調査票回収および謝礼発送)が次年度使用額となった。次年度使用額分については、郵送費として使途が決まっており、5月までには使用予定である。
插入因子IS1の分子レベルに於ける構造と機能の解析

IS1の構造と機能に関する今年度の研究成果は次の通りである。1.前年度に、赤痢菌染色体から1%から10%の塩基置換変異を持っIS1(iso-IS1)を繰り返し配列の中から分離する方法を述べたが、今年度にこれらのiso-IS1の転移頻度をfluctuation testによって調べたところ、それぞれのiso-IS1が異る転移能を持つことがわかった。また野性型IS1と異り両端に変異をもつものが得られたが、それらの転移頻度は著しく低下していた。この結果はIS1の両端が転移に必復であることを示している。2.上記の方法はIS1ばかりでなく、他の繰り返し配列の分離にも有用であり、実際にS.sonneiの染色体から、新たに3種類のIS様DNAを分離した。いずれも両端に特異的な逆位配列と蛋白をコードしうる続み取りフレームが存在した。その中の一つ、IS600、は他のISのIS3の変異体であることがわかった。またIS600はIS3と同様挿入標的部位の3塩基対を重復させることがわかった。3.IS1の両端のプローモーターは著しく弱く、結局強いプロモーター変異体はとれなかった。一方IS1の極性効果について前年度に引き続き、in vitro転写系により解析したところ、転写終結部位がIS1上の様々な部位い存在することがわかり、それらが強い極性効果を示す原因であろうと推定できた。4.本研究遂行上で得られたプラスミド変異体を利用して、有用なクローニング・ベクターを作成することができた。またこれらを、熱測定という物理化学的手段によって解析し、DNAの微細構造を知るために有用な新たな手段となりうることを示すことができた。5.また本研究に於て講入した備品を使用することにより、プラスミドR100がニードする接合伝達遺伝子群の解析を始めることができた。
地方の選挙動員と強固な権威主義体制の確立：　２０００年代のロシアを例に

今年度は、(1)昨年度までの研究成果をもとにした論文の執筆と投稿、(2)ロシア連邦の2地方におけるフィールドワーク、(3)新たな研究成果の発表の3点に関して、一定の成果をあげることができた。1点目の論文の執筆と投稿に関しては、1本の英語査読論文、1本の日本語査読論文、1本の紀要論文、1本の書評論文の合計4本の論文を執筆した。英語査読論文に関しては、Post-Soviet Affairsの第35巻3号に掲載された。日本語査読論文に関しては、ロシア・東欧研究に掲載予定である。紀要論文に関しては、ロシア連邦のカザンエネルギー大学の研究紀要に英語で小文を載せた。最後に、書評論文に関しては、国家学会雑誌第132巻3・4号に掲載予定である。次に2点目のフィールドワークに関しては、2018年9月から12月にかけてタンボフ州とケメロヴォ州を訪れた。地方新聞や現地の交換資料などを中心とした資料収集と、地方議会の議員、州行政府、市郡行政府の役人などの地方エリートを対象としたインタビューに従事した。特に、インタビューを通じて、多くの貴重な情報を得ることができた。昨今のロシアでは、外国人研究者に対して行政エリートがインタビューを拒む傾向が年々強くなっているが、現地協力者の助力によって、目標としていたエリートに対してインタビューを行うことが可能となった。最後に、3点目としてフィールドワークの成果と統計分析の成果をもとに、慶應大学で行われたワークショップで発表を行った。ここで得たコメントをもとに分析を改善し、学会発表や論文投稿に積極的に取り組む。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今年度前半はロシアにおいてフィールドワークに従事し、後半はカリフォルニア大学バークレー校で比較政治的な研究手法の追究に従事した。フィールドワークでは、タタルスタン共和国、チュヴァシ共和国、ダゲスタン共和国を訪れ、専門家や役人へのインタビュー、現地資料の収集を行った。またカリフォルニア大学バークレー校では、比較政治学のセミナーに参加した。比較政治学の知識を深化させることができただけではなく、英語でのディスカッションの方法や、アメリカ政治学における論理の組み立て方に関して、様々なヒントを得た。また、院生のワークショップにも積極的に参加し、課題遂行に役立つ数々のコメントを得た。また、1本の紀要論文と1本の査読論文、合計2本の論文を出版した。紀要論文に関しては、タタルスタン共和国でのフィールドワークの際にお世話になったカザンエネルギー大学の紀要に英語で小文を載せた。査読論文に関してはスラヴ研究第65号(2018年)に掲載予定である(現在印刷中)。加えて、4度の報告を行った。2017年4月にはフィールドワークの合間に訪れたロシア連邦ペルミ国立大学の比較歴史政治研究センターのセミナーで発表した。また、5月には東京大学で行われたワークショップで発表を行った。次に、11月にはシカゴで行われたスラヴ・東欧・ユーラシア学会(ASEEES)で発表した(査読あり)。最後に、2018年3月にキングスカレッジロンドンで行われたワークショップで発表を行った。課題遂行のために、ロシアでのフィールドワーク、およびアメリカでの比較政治分析への知識の蓄積を今年度の目標としたが、概ね満足できる結果を得ることができた。ロシアでのフィールドワークでは、課題のおよそ半分からそれ以上の情報を収集することに成功した。また、アメリカでは様々な機会を用いて、より広い読者にとって有用な研究成果をあげるために必要なことに関する深い知識を得た。論文投稿に関しては、かねてより準備を進めていた2本の論文の掲載が目標であったが、1本にとどまった。修士論文を発展させたものを日本語論文としてスラヴ研究に載せることができたのは、大きな成果である。対して、ウクライナの州知事任命パターンに関する計量論文は、地域研究系の英語ジャーナルに投稿し、「修正ののち再提出」という評価を受けた。これは出版を約束するものではないが、出版にかなり近い状況にあることを示唆している。従って、目標達成とはいかなかったものの、それに近い状況にいたることができた。最後に研究発表に関しては、1度の国際学会発表と1度の国内学会発表を目標としていたが、前者だけにとどまった。長期間海外に滞在していたため、参加可能な日本の学会を見つけることができなかった。その代わり、ロシア、日本、イギリスのワークショップで発表することができたので、研究発表に関しても順調であると言えるだろう。以上、研究状況、論文投稿状況、研究発表状況の3点いずれに関しても、概ね順調に進展していると言える。

地方新聞や現地の交換資料などを中心とした資料収集と、地方議会の議員、州行政府、市郡行政府の役人などの地方エリートを対象としたインタビューに従事した。特に、インタビューを通じて、多くの貴重な情報を得ることができた。昨今のロシアでは、外国人研究者に対して行政エリートがインタビューを拒む傾向が年々強くなっているが、現地協力者の助力によって、目標としていたエリートに対してインタビューを行うことが可能となった。最後に、3点目としてフィールドワークの成果と統計分析の成果をもとに、慶應大学で行われたワークショップで発表を行った。ここで得たコメントをもとに分析を改善し、学会発表や論文投稿に積極的に取り組む。研究に関しては、今年度前半は前年度に得た知識と経験をもとに、研究枠組みをよりはっきりとしたものにするため、日本での先行研究の渉猟と理論形成に従事する。この枠組みを踏まえた上で課題遂行に見合う地方を選択し、今年度後半に再度3ヶ月ほどロシアの異なる地方でフィールドワークに従事する。フィールドワーク中から今年度終了までは、前年度と今年度のフィールドワークで得た知見をまとめる作業に移る。論文投稿に関しては、まず前年度「修正ののち再投稿」という評価を得た論文をコメントに基づいて修正し、英語雑誌への掲載を勝ち取ることを目指す。その上で、前年度のフィールドワークで得た知見をまとめたもの、地方と中央の政官関係に関して計量研究を行ったものの2つの論文を英語雑誌に投稿し、今年度中の掲載を目指す。加えて、可能であれば今年度のフィールドワークの結果をまとめた日本語論文を雑誌投稿することも考えている。研究発表に関しては、比較政治学の国際学会、および日本の比較政治の学会で発表することを目標とする。前年度はスラヴ系の学会や研究者の前で発表しコメントをいただくことが多かったので、今年度は比較政治学者からのコメントを積極的にもらうことを意識する。このことは、比較政治学的な分析枠組みを研究課題に取り入れ、より広い聴衆の関心を引く論文を書くために必要であると考えられる。対象としては、例年1月に開催される南部政治学会(SPSA)や9月から10月に開催される日本政治学会などを考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
新規高精度赤外分光光度計の開発とそれを用いた巨大膜蛋白質のプロトンポンプ反応追跡

タンパク質の反応を生理条件下で実時間観測できる赤外分光装置を開発し、それを巨大膜タンパク質に応用することを目的とした。光源にフェムト秒赤外レーザーを用いて高感度の赤外分光装置を製作する一方、ケージド化合物を用いて反応を制御するフロー・フラッシュ計測系を開発した。マイクロ流路フローセルを使用し、試料消費を抑えたフロー計測系を実現した。フロー・フラッシュ計測系を時間分解可視分光装置に組み込み、NO還元酵素に応用した結果、この膜タンパク質の酵素反応をマイクロ秒の時間分解能で観測することに成功した。現在、フロー・フラッシュ計測系を時間分解赤外分光装置に組み込み、酵素反応の赤外分光観測を進めている。本研究は、平成21-22年度の科学研究費補助金(若手研究(B)、「超高感度時間分解赤外分光装置の開発と生体系プロトンポンプ機構の解明」)により援助を受けた研究を発展させるものである。超高感度時間分解赤外分光装置は、平成22年度に、回転セルとの組み合わせで完成させた。本研究の目的は、この装置をフロー型に発展させて、チトクロム酸化酵素のプロトンポンプ反応を追跡することである。特にカルボキシル基のCO伸縮振動の領域(1700-1800cm^<-1>)に着目し、プロトンの脱着に重要なAsp/Glu残基を明らかにする。本年度は、フローセルの開発を行った。フローセルの断面積は0.5mm×0.05mmとした。0.05mmは光路長に相当する。この光路長は従来の装置では扱えない長い光路長であるが、超高感度時間分解赤外分光装置を用いれば、0.05mmの光路長でもCOOHの信号を精度よく捉えられる。このことは、回転セルを用いた予備実験で確認した。フローセルは、0.05mm厚のテフロンスペーサー内に流路を作り、2枚のフッ化カルシウム窓板で挟んで作成した。またフローのためのシリンジポンプは自作し、1kHzの赤外パルス照射と同期して試料を流すことを可能にした。テストとして、このフローセルを用いてCO結合型チトクロム酸化酵素(0.5mM)のCO光解離後の時間分解赤外差スペクトルを測定し、Fe_<a3>からCU_BへのCOの移動の観測に成功した。感度は<70μODであり、COOHのプロトン化・脱プロトン化の観測に十分な感度を有していることが確認された。プロトンポンプを観測するためには、フロー試料にO_2を混合する必要がある。そのためのシステムを開発することが次の課題である。本研究の目標は、蛋白質中のアミノ酸残基の構造や水素結合ネットワークの変化を室温水溶液中(生理条件下)で観測できる高精度の時間分解赤外分光装置を開発し、それを巨大膜タンパク質(チトクロム酸化酵素や、その祖先型である一酸化窒素還元酵素)の反応観測に応用することである。光源に高輝度のフェムト秒赤外パルス光を使用し、検出器には分光器・マルチチャンネルMCT検出器を使用した。試料を回転セルに封入してチトクロム酸化酵素のCO光解離後の構造変化を観測した成果は、本年度、国際誌(J. Biol. Chem.)に報告した。次のステップとして、フローセルを用いて、チトクロム酸化酵素や一酸化窒素還元酵素の酵素反応の観測を試みている。これらの酵素反応を観測するために、本年度は、ケージド化合物(ケージドO2やケージドNO)の光分解によって反応をトリガーするフロー・フラッシュ計測系の開発を進めた。ケージド化合物の光分解を誘起する高安定ナノ秒窒素パルスレーザーを導入し、一方、効率的な試料交換が可能な光路長20マイクロメートルのマイクロ流路フローセルを製作した。フロー・フラッシュ計測系を自作の時間分解可視吸収測定装置に組み込み、市販のケージドNOを用いて、一酸化窒素還元酵素の反応を実時間観測することにすでに成功している。フローフラッシュ計測系を時間分解赤外分光装置に組み込んで、酵素反応を赤外分光観測する準備が整った段階にある。チトクロム酸化酵素の酵素反応観測に必要なケージドO2は、既報の化合物をベースに現在開発・改良中である。本研究の最終目標は、フロー・フラッシュ法による時間分解赤外分光装置を完成させ、ウシ心筋チトクロム酸化酵素(CcO)のO2還元/プロトンポンプ反応を追跡することである。すなわち、CO結合型CcOをフローし、O2と混合後、観測領域でCOを光解離することで、O2還元/プロトンポンプ反応を開始させる(COは光解離性の阻害剤)。COの光解離は、532 nmのナノ秒パルス光(ポンプ光)の照射により誘起する。

平成24年度は、フロー試料に基質O2を混合するためのシステムの開発を行なった。一般的な手法である2液混合法は、本研究で扱う2液(高濃度のCO結合型CcOとO2飽和緩衝液)の粘性が大きく異なるために失敗した。そこで別の手法として、シリンジからセルに至る流路(PEEKチューブ)の途中に、O2透過性に優れたシリコンチューブ(5 cm程度)を挿入し、O2ガスがフローするガラス管内部にそのシリコンチューブを通すことで、O2を供給した。このシステムにより、0.5 mM以上のO2を混合することが可能となった。なお、O2濃度はRu(bpy)3の蛍光消光により評価した。このシステムを用いて、CO結合型CcO(0.3 mM)とO2を混合し、観測領域にて可視吸収スペクトルを測定したところ、常温では、CcOが観測領域に流れ込む前に(すなわちポンプ光照射前に)、COが熱的に解離して、O2との反応が開始してしまうことが判明した。COの熱的解離を防ぐためには、低温(4oC以下)で測定する必要がある。フローセルの開発には成功したが、O_2を混合するシステムがまだ開発中のため。25年度が最終年度であるため、記入しない。O2の混合には成功したが、CO(光解離性阻害剤)の熱的解離が問題となっており、反応を制御できていないため。フロー試料にO_2を混合するシステムを開発し、O_2還元反応に伴うプロトンポンプを追跡する。02を混合する一つの方法は、シリコンのようにO_2透過性の高いチューブをフローの途中に設け、そのチューブの周りをO_2で満たすことである。この方法は、チトクロム酸化酵素の時間分解共鳴ラマン分光実験において過去に使用されている。本年度の実験では、温度を下げることにより、COの解離速度を低下させる。具体的には、フローの流路(シリンジ、チューブ、セル)を水ジャケットで覆い、4oC以下に温度をコントロールした上で実験を行なう。またケージドO2を用いた実験手法も並行して開発する。ケージドO2は、310360 nmの紫外光照射によりO2を発生する化合物である。ケージドO2を用いる場合、観測領域に流れ込む前にCcOとO2が反応を開始することはない。現在、ケージドO2を開発・改良中である。
ナノカーボン物質と生体との相互作用機構の解明と生体機能材料への展開

フラーレンやカーボンナノチューブなどナノカーボン物質に対して表面化学修飾を施し、親水性の付与など様々な表面性状を持つナノカーボン物質を作成した。得られた物質とタンパク・糖鎖・DNAなど生体関連物質との相互作用を評価し、その反応機構の解明を試みた。また得られたナノカーボン物質の細胞毒性、生体適合性や体内動態を検討した。更に、ナノカーボン物質の体内動態追跡を実現するために、蛍光・磁性ラベル化など表面化学修飾ナノカーボンの作成や、化学修飾によるラベル化を必要としない生体内に存在するCNTの直接観察にも成功した。本研究では、フラーレンやカーボンナノチューブ(以下、CNT)などの炭素系ナノ微粒子(ナノカーボン)のバイオ応用の可能性を検討する為に、まずナノカーボンの親水化処理を行い、その生体物質・細胞への影響の検討、また体内動態の可視化を試みた。CNTの表面性状の差異による生体分子との相互作用への影響について検討するため、親水化処理前後のCNT誘導体に対するタンパクの吸着挙動を検討した。表面電荷の異なる3種類(正・負に帯電、及び中性)のタンパクを、未修飾/カルボキシル化CNTへと添加したところ、その吸着挙動に違いがみられた。今後は、用いるタンパクの種類をさらに増加させ、タンパクの表面電荷、形状や分子量による効果を検討する。また、CNTに対して更なる表面修飾を行い、CNT表面とタンパク、生体分子との相互作用の機構の詳細の解明を試みる。さらに、CNTの生体内での分布をより簡便に可視化するための工夫として、1)顕微ラマン法を用いた臓器内に滞留しているCNTの直接観測、2)表面修飾によるユーロピウム錯体の形成、を試みた。1)としては、親水化CNTを投与したマウスの臓器から、CNT由来のラマン信号の検出に成功した。2)としては、CNT表面への錯体形成には成功したが、未だ十分な発光量は得られていない。両手法とも、生体内でのCNTの滞留挙動を追跡するために有効な手段であるので、今後は更なる条件検討を行い、手法の確立を試みる。表面電荷の異なる2種類のタンパクを、未修飾/カルボキシル化CNTへと添加したところ、その吸着挙動に違いがみられた。今後は、用いるタンパクの種類を増加させることにより、タンパクの表面電荷、形状や分子量による効果や、更なるCNTへの表面修飾を行い、CNT表面とタンパク、生体分子との相互作用の機構の解明を試みる。また、CNTと細胞との相互作用について検討するために、CNT誘導体暴露下で培養した骨芽様細胞の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した。その結果、細胞へのCNT誘導体の取り込みは確認されず、細胞表面にCNTが付着している様子が観測された。さらに、CNTなどのナノカーボンの生体内での分布をより簡便に可視化するため、顕微ラマン法を用いた臓器内に滞留しているCNTの直接観測を試みた。親水化CNTを投与したマウスの臓器(肺、肝臓)から、CNT由来のラマン信号の検出に成功した。今後は更なる条件検討を行い、臓器内分布のラマンマッピングの測定を試みる。また、CNTの生体適合性の評価を行う際の対象物質として、長さや直径を制御可能なフラーレンC60ナノウィスカーを作成、光照射によるC60分子間重合による高機能化にも着手している。本研究では、フラーレンやカーボンナノチューブ(以下、CNT)などの炭素系ナノ粒子のバイオ応用の可能性を検討する為に、まずナノカーボンの親水化処理を行い、その生体物質・細胞への影響を検討、また体内動態の可視化を試みた。これまで共有結合を介したCNT表面へのカルボキシル基の提示を行ってきたが、今年度は新たに分子間相互作用を用いた修飾法についても検討し、分散性を向上させたCNT誘導体の簡便な作成に成功した。表面電荷の異なる3種類(正・負に帯電、及び中性)のタンパクを、未修飾/カルボキシル化CNT分散液へと添加したところ、その吸着挙動に違いがみられた。CNTの生体内での分布をより簡便に可視化する手法として、顕微ラマン法を用いた臓器内に滞留しているCNTの直接観察、と、CNT誘導体表面への高輝度ユーロピウム錯体の化学修飾、を試みた。親水化CNTを投与したマウスの肺・肝臓を摘出し、その切片を顕微ラマン測定装置で観察することにより、CNT由来のラマン信号の検出に成功した。

ユーロピウム錯体修飾CNTの作成にも成功したが、現在のところ、生体内での検出に十分な発光量は得られていない。また、カルボキシル化CNTを表面にアミノ基を提示したガラス基板へと結合させることにより、導電性透明基板の作成に成功している。この成果は、表面修飾CNT誘導体の新たな応用展開を可能にするものである。生体材料工学CNTの表面性状の差異による生体分子との相互作用への影響については、親水化処理前後のCNT誘導体に対するタンパクの吸着挙動を検討した。表面電荷の異なる3種類(正・負に帯電、及び中性)のタンパクを、未修飾/カルボキシル化CNTへと添加したところ、その吸着挙動に違いがみられた。CNTの生体内での分布をより簡便に可視化するための工夫として、1)顕微ラマン法を用いた臓器内に滞留しているCNTの直接観測、2)表面修飾によるユーロピウム錯体の形成、を試みた。1)としては、親水化CNTを投与したマウスの臓器から、CNT由来のラマン信号の検出に成功した。一方、2)としては、CNT表面への錯体形成には成功したが、未だ十分な発光量は得られていない。24年度の研究課題としてあげていた、3つの課題(親水性ナノカーボンの作成、生体物質との相互作用機構、生体為害性の検討と体内胴体の可視化)について一定の成果を得ることが出来た。また25年度以降の課題としてあげた新規な可視化法の検討にも着手することが出来、顕微ラマン方による可視化の第一歩に成功した。2)としては、CNT表面への錯体形成には成功したが、未だ十分な発光量は得られていない。両手法とも、生体内でのCNTの滞留挙動を追跡するために有効な手段であるので、今後は更なる条件検討を行い、手法の確立を試みる。24年度に引き続き、ナノカーボンの生体適合性についての検討を行うとともに、それらの成果を基に、バイオマテリアルへの応用、多機能ナノカーボンへの展開を試みる。また新規な体内動態の可視化法の開発についての検討も行う。年度を跨いで使用料の請求が生ずる測定装置使用料の支払や、電子システムの不具合により年度内に処理し切れなかった旅費などが生じたため、次年度使用額の設定が必要となった為。上述の理由により次年度使用額を生じたので、本年度の使用計画は特段の変更を要しない。当初の計画通り、使用を実施する。設備・装置などに関しては出来るだけ所属部局・研究室および学内外の供用施設を利用して研究を推進する。供用設備の使用料金や消耗品については、本研究費を用いて遂行する。また本研究に関する情報収集・研究成果発表のために国内外学会に積極的に参加し、それらの成果を学術論文として報告していく予定である。24年度末に会計システムの不具合が生じ、年度内に決算が終了せずに、予算の未使用が生じたが、その後、それらの処理を行い、現在は概ね計画通りに研究予算の執行をしている。
CD40リガンドを用いたヒト白血病に対する遺伝子治療の研究

本研究では難治性のヒト白血病に対する新たな免疫療法「CD40リガンドを用いた遺伝子免疫療法」の基盤開発を目的とした。以前までの研究結果によりCD40陽性であるBリンパ球性白血病細胞(B-CLL,ALL,HCL)はCD40リガンド刺激に対して感受性が高く、容易にCD80,CD86等の補助刺激分子を発現誘導し自己T細胞を活性化する事実が報告され、これを基としたCD40リガンド遺伝子治療が開発されている。本年度、研究代表者はCD40陰性もしくは弱陽性の慢性骨髄性白血病(CML)、急性骨髄性白血病(AML)、前骨髄性白血病(APL)に対しても効率的にCD40リガンドを作用させることを目的として、分化誘導剤とCD40リガンドの相互作用による免疫反応増強効果を検討し細胞株を用いて示した急性前骨髄性白血病の分化誘導療法に用いられているレチノイン酸ATRA(all-trans retinoic acid)前処理が骨髄性白血病細胞上にCD40を発現させることを確認した。本年度は白血病患者由来の初代培養細胞を用いてこの作用を確認したところ細胞株を用いたときと同様に機能的な受容体CD40を発現誘導され、骨髄性白血病細胞はCD40リガンドによる刺激を受け、各種細胞表面抗原、特にT細胞認識に重要な補助刺激分子(CD54,CD80,CD83,CD86等)の発現が増加し、効率的に抗白血病T細胞を刺激することをT細胞増殖・サイトカイン(IFN-γ)産生から確認した。以上の結果は従来の分化誘導療法耐性白血病に対してもCD40リガンド遺伝子導入白血病療法が臨床の面でも応用できる可能性を示している。
途上国における地域特性を考慮したエンパワメント型地域救急医療システムの提案

平成30年度は、前年度までに作成したシステムモデルと専門家に対するデルファイ調査に基づき、177項目で構成される評価ツールを作成した。当初は点数化して量的な評価を行うスケールとする予定であったが、量的評価になじまない項目が多く含まれたため、それぞれの項目について記述をする形式に改めた。各項目の重要度評価では、フォーマルな医療供給体制に比べて、インフォーマル・システム(非専門家へのタスクシフト、農村における互助組織など)が相対的に低く評価されたた。保健医療システムへのアクセスが比較的よい都市部では、インフォーマル・システムの意義は低い可能性があり、これらの項目はオプションとした。専門家に対する調査結果と評価ツール作成について、論文にまとめて投稿中である。また、評価ツールを、ベトナム、タンホア州に適応し、プレホスピタルケアの脆弱さを指摘し、地域におけるファーストエイド訓練と救急指令センター強化の必要性を提言した。タイ、コンケン州では、プライマリ・ヘルスケアシステムにおける、ヘルスボランティアにファーストエイド訓練を行い、効果を上げていることを見出した。ベトナムにおける救急医療の課題についての報告をEmergency Medicine Australasia(2018;30:867-869)に掲載した。地域におけるボランティアの役割、プライマリ・ヘルスケアと救急医療の統合の必要性についてまとめた論文はJapan Medical Association Journalに掲載予定である。ベトナム(2019;136:149-150)とタイ(2019;138:233-234)のボランティア・トレーニングについて記述したレターをResuscitationに掲載した。途上国の救急医療システムの現状を把握するために、タイ、カンボジア、ベトナム、ラオス、スリランカで、国立病院、郡病院、ヘルスセンター、地方健康局、救急隊などを訪問し、聞き取り調査を実施した。調査の内容は、地域における互助システム(特に遠隔地における交通費や交通手段に関する互助)、救急車の配備状況、救急車が十分でない場合は搬送のための算段とコスト、病院間の転院搬送の状況、診療内容、亜急性期以降のリハビリとソーシャルワークなど、救急疾患の発症から社会復帰までのすべてのプロセスを含む。各国における救急医療システムの弱点と長所を示すような、問題事例および成功事例についても聞き取りを行った。これらの情報を元に、途上国に適した救急医療システムモデルの素案を作成した。平成29年度はこの素案を元に、対象国の専門家および医療関係者から、意見を収集してモデルを完成させる予定であり、意見収集のための調査計画(計画書と調査票)を作成した。平成29年度の調査実施に向けて、帝京大学において研究倫理委員会の審査を受けているところである。また、各国での倫理審査と調査のために、調査票を各国語に翻訳している。対象国における救急医療システムの問題点を明確にする目的で、問題事例についてのケースレポートを作成している。タイの事例については英文論文化して英文専門誌に投稿した(査読中)。平成28年度の研究成果(聞き取り調査、問題事例、成功事例)について、第20回日本臨床救急医学会総会(平成29年5月27、28日、東京)の国際シンポジウムで発表の予定である。当初の予定では、初年度に訪問調査を行い、次年度に各国の専門家と医療関係者からの意見聴取のための調査を実施することになっており、現時点では予定通りの進捗状況である。初年度の調査は終了し、次年度の調査の準備を進めているところである。平成29年度は、開発途上国に適した救急医療システムモデル作成のため、平成28年度に作成したモデル素案を元に、日本、タイ、ベトナム、ラオス、カンボジア、スリランカ、モンゴル、カナダ、フィリピン、マレーシア、台湾の救急医療および医療政策の専門家を対象に、質問紙を3回送付して意見収集を行った。1回目は素案(モデルを構成する要素のリスト)に対して要素の追加およびコメントをしてもらい、当初160項目であった要素が220項目に増加した。特に行政システム、救急搬送視システムへの意見、追加項目が多かった。2,3回目は要素のリストに対して重要度の評価を行ってもらった。合計31名から回答があり、現在分析を行っているところである。重要度に基づいて要素を整理し、行政、搬送、リハビリまで含む、救急医療全体の評価を行うための指標として利用可能なものを作る予定である。タイとベトナムにおいて、救急医療における課題を具体的に提示することを目的に、問題事例のケースレポートを作成した。タイの事例は救急搬送中の救急車の事故で救急隊員が死亡したもので、搬送中の速度制限や安全装置の使用、ストレッチャーや器具の固定に関する国際標準の導入の必要性などを示している。ベトナムの事例は、感電による院外心肺停止で、バイスタンダーによる胸骨圧迫、救急隊による除細動があれば救命できた可能性が高い死亡例である。市民への救命処置普及と病院前救護の整備の必要性を示すものである。タイの事例はケースレポートとしてJournal of Emergency Medicine (2017;53:730-4)に掲載された。ベトナムの事例は英文専門誌に投稿中である。各国の専門家から意見を収集するサーベイは、予定から若干遅れている。予定では平成29年度前半に調査を終了して後半は分析を行うはずであったが、調査実施国で倫理審査を要する場合があり、研究計画書の現地語への翻訳、申請書の作成、審査に時間を要したため、調査終了が年度末になった。しかし、平成30年度に実施予定の小規模な評価研究については、平成29年度中に準備を進めており、平成30年度には、救急医療システムモデルに基づいて、ベトナムとタイで評価を行える予定である。

システムモデルに基づく総合評価指標(構成要素すべての点数化)の作成は間に合わないが、システムモデルの構成要素は既に決定されているので、具体的な指標(たとえば病院前救護へのアクセス)を用いて評価を行う。また、モデルに基づく提言の作成は順調に進んでいる。平成30年度は、前年度までに作成したシステムモデルと専門家に対するデルファイ調査に基づき、177項目で構成される評価ツールを作成した。当初は点数化して量的な評価を行うスケールとする予定であったが、量的評価になじまない項目が多く含まれたため、それぞれの項目について記述をする形式に改めた。各項目の重要度評価では、フォーマルな医療供給体制に比べて、インフォーマル・システム(非専門家へのタスクシフト、農村における互助組織など)が相対的に低く評価されたた。保健医療システムへのアクセスが比較的よい都市部では、インフォーマル・システムの意義は低い可能性があり、これらの項目はオプションとした。専門家に対する調査結果と評価ツール作成について、論文にまとめて投稿中である。また、評価ツールを、ベトナム、タンホア州に適応し、プレホスピタルケアの脆弱さを指摘し、地域におけるファーストエイド訓練と救急指令センター強化の必要性を提言した。タイ、コンケン州では、プライマリ・ヘルスケアシステムにおける、ヘルスボランティアにファーストエイド訓練を行い、効果を上げていることを見出した。ベトナムにおける救急医療の課題についての報告をEmergency Medicine Australasia(2018;30:867-869)に掲載した。地域におけるボランティアの役割、プライマリ・ヘルスケアと救急医療の統合の必要性についてまとめた論文はJapan Medical Association Journalに掲載予定である。ベトナム(2019;136:149-150)とタイ(2019;138:233-234)のボランティア・トレーニングについて記述したレターをResuscitationに掲載した。平成29年度に実施予定である専門家と医療関係者からの意見聴取のための調査に向けて、帝京大学で倫理審査終了後、質問票の翻訳を完成させ、各国での倫理審査を受ける。質問票の翻訳については、ベトナム語は完成、タイ語、ラオス語は翻訳内容のチェックを行えば完成する状況である。クメール語(カンボジア)、シンハラ語(スリランカ)は現在翻訳中である。各国での倫理審査終了後、順次メールによる質問票送付を行って調査を開始する。1回目の調査結果に従って、2回目の調査票を作成(初回のものを修正する)し、同様の方法で調査を実施する。2回目の結果に基づいて再度質問票を修正し、3回目の調査を実施し、その結果に基づいて、最終的なモデルを作成する。平成30年度には、このモデルに基づいた救急医療システムの評価を1ー2カ国で実施する予定である。平成29年度中に、この調査実施場所を決定するために各国のカウンターパートと交渉を行う。
電子線理工学に基づくセラミックス中への異種原子の強制注入

本研究は、世界に先駆けて、高エネルギ-電子線を用いた新機能材料創製の共通原理を解明すると共に、その手法を用いて新しい半導体材料や、各種非平衡材料の物性改善を行うことを目的とする。この手法によれば、非平衡相を所定の微小領域に生成することが可能であり、機能の高集積化を計ることができる。今年度は、当センタ-において独自に開発した電子照射効果による原子注入法を用いて、シリカ(SiO_2)および窒化珪素(Si_3N_4)にハフニウム(Hf)を強制注入する研究を行った。約1mm厚の板状SiO_2結晶およびSi_3N_4結晶から、機械研磨法とアトムシンニング法を用いて電顕用薄膜を作製した。それらの片面にハフニウムをスパッタ蒸着して、標的原子(Hf)/基板(SiO_2ならびにSi_3N_4)複合試料とした。電子照射は超高圧電顕を用いて、加速電圧2MV、照射温度170Kの条件で行い、ハフニウムが強制注入されていく過程を連続的にその場観察した。さらに注入に伴う構造変化を高分解能電子顕微鏡を用いて原子的尺度で観察した。その結果、(1)Hf/SiO_2ではまず最初に基板であるSiO_2が約60秒の電子照射によってアモルファス化する。引き続く照射によって、ハフニウムはこのアモルファス酸化珪素中に注入される。この注入領域ではHfO_2の微細(10nm)な結晶とアモルファス酸化珪素が混在している。(2)Hf/Si_3N_4ではハフニウムの強制注入により基板がアモルファス化する、ことが判明した。以上より、こうしたセラミックス中へのハフニウムの注入は、基板構成原子との化学結合を媒介としながら進行することが明らかになった。
星間空間の中性分子化学反応ダイナミクスに関する理論研究

本研究では、星間空間で重要とされる中性原子分子の反応について、反応動力学的な立場から理論研究を行った。まず炭素原子とアセチレンの反応については、2つのモデルを用いた理論計算を行った。第一のモデルではポテンシャルの入り口のみに着目した3つの自由度のみを考慮した。ポテンシャルエネルギー曲面を密度汎関数レベルの量子化学計算から求め、全反応断面積を量子散乱理論を用いて計算した。その結果、実験と一致する衝突エネルギー依存を得ることができた。第二のモデルでは、反応の生成物を特定するために、第一のモデルと異なる自由度を考慮した理論計算を行い、生成物の分岐比を求めた。この反応では、星間空間で検出されている環状および鎖状のC_3Hラジカルが生成するが、我々が提案した本モデルでは、環状のC_3Hラジカルが主として生成することを見出した。次に炭素原子とNH_2ラジカルの反応について研究を行った。この反応では、星間空間で興味がもたれているHNC分子が直接生成する。まず、励起状態までも取り扱った精密な量子化学計算を行い、スピン軌道サブレレベルによる反応性に違いについて検討した。非断熱遷移の効果を取り入れた量子反応性散乱計算の結果、サブレベルの違いによって反応性が大きく変わることがわかった。また星間空間で発見されているHNCの生成機構について、C_2+NH反応についても着目した。ダイレクトダイナミクスの手法を用い、この反応が非常に効率的にHNC分子を生成することを初めて見出した。反応経路としては、C+HCNチャンネルも生成しうるが、まず反応中間体であるC-C-N-Hがバリヤーなしに生成し、その後異性化することなしに、直ちにC+HNCに分解することがわかった。この結果は、炭素原子と窒素原子がほぼ同じ質量をもち、かつ中間体のC-C-N構造がほぼ直線的であることに起因する。つまり、HNC分子の生成は運動量移行が効率的に起こることによる動力学的な結果であると言える。この研究結果は、星間化学反応の解明において、化学反応動力学的な手法が多大な貢献が可能であることを示した重要な例であると言える。本研究では、星間空間で重要とされる炭素原子と炭化水素分子の反応について、反応動力学的な立場から理論研究を行った。またアセチレンの回転状態が反応断面積にほとんど影響を与えないことを見出した。次に炭素原子とNH_2ラジカルの反応について、理論研究を行った。