hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
拡張ジグザグ格子を有する超伝導体におけるパリティ混成効果の研究

最終年度は、集束イオンビームにより加工したパイロクロア酸化物Cd2Os2O7の微小単結晶を用いて、単一磁壁の伝導特性の測定により、伝導特性と局所的な対称性の関係を調べた。Cd2Os2O7は227 Kの温度で金属絶縁体転移と同時にOsの磁気モーメントがall-in/all-out (AIAO)の構造に反強磁性秩序する物質である。AIAO型の磁気秩序では、時間反転対称の関係にある2種類の磁気ドメインが形成される。1年度目には、この磁気ドメイン構造における磁壁が強磁性と電気伝導性を合わせ持つことを発見した。2年度目には、磁壁に由来する磁性を詳しく調べ、磁壁には2-in/2-out型の局所磁気配列をもつ{001}面と3-in/1-out型の局所磁気配列をもつ{111}面および{110}面の3種類が共存していることを明らかにした。2-in/2-out型の{001}面では、磁壁における非補償なスピンが互いに強的な関係にあり、±7 Tの外部磁場では全く反転しない非常に強固な振る舞いを示す。一方、3-in/1-out型の{111}面と{110}面では、磁壁における非補償なOsのスピンは互いに独立しており、自由に反転する擬フリースピンとして振る舞う。微小単結晶において単一の磁壁に対して横磁気抵抗の磁場方位依存性を測定することで、形成された磁壁の磁気伝導効果と磁壁の方位の関係を調べた。その結果、{111}面と{110}面の磁壁では、磁壁の磁気モーメントの変動による散乱が伝導に非常に強く働くことが判明した。特に興味深いことに、局所的な対称性が異なる{111}面と{110}面の伝導特性に差が見られなかった。これは、磁気モーメントによる散乱が強く働く系(磁気揺らぎに由来する高温超伝導体等)では拡張ジグザグ格子の局所的な対称性の破れの効果が小さいことを示唆する重要な発見である。28年度が最終年度であるため、記入しない。今年度はパイロクロア酸化物Cd2Os2O7に注目した。この物質は227Kの温度で金属絶縁体転移とall-in/all-outの磁気秩序を示すことが知られているが、絶縁体相に存在する有限の伝導度と弱強磁性の起源が謎とされていた。最近行われた極低温における熱物性測定の中で、超伝導転移の可能性を示唆する相転移の観測例が報告されている。パイロクロア酸化物における超伝導の報告例は、空間反転対称性の破れた結晶相で超伝導を示すCd2Re2O7の一例だけである。そのため、もしCd2Os2O7に超伝導相が存在するならば、Cd2Re2O7との関連性からパリティ混成効果について議論をするモデルケースとなりうる。単結晶試料を合成し、超伝導転移の検証を試みたが、極低温物性測定装置に不調が生じたため未だ結論は出せていない。上記の検証の過程で、Cd2Os2O7の磁気秩序に存在するall-in/all-outとall-out/all-inの2種類のドメイン間の磁気界面が強磁性金属状態となっている可能性が高いことを見出した。絶縁体相において謎とされていた有限の伝導度と弱強磁性は、この磁気界面における強磁性金属状態が担っているものと考えられる。All-in/all-out磁気秩序の絶縁体相における有限の伝導度と弱強磁性はWeyl半金属相の探索等で精力的に研究されているIr系パイロクロア酸化物でも複数の報告例があり、Cd2Os2O7における発見はこれらの研究の進展にも大きく影響するものと期待される。また、パイロクロア格子のall-in/all-out磁気秩序のドメイン内部では原子位置に空間反転対称性が存在するが、2種類のドメインの磁気構造が鏡像関係にあるため磁気界面では原子位置に空間反転対称性が存在しない。この状態は拡張ジグザグ格子に類似しており、磁気界面における金属状態の詳細な物性に興味がもたれる。本年度は前年度に引き続き、パイロクロア酸化物Cd2Os2O7の磁壁の物性に注目した。Cd2Os2O7は227 Kの温度で金属絶縁体転移と同時にOsのモーメントがall-in/all-out(AIAO)の構造に反強磁性秩序する物質である。前年度、時間反転対称の関係にある2種類の磁気ドメイン間の磁壁が強磁性と電気伝導性を合わせ持つことを発見した。本年度は磁壁の磁化を詳しく調べることで、磁壁には2-in/2-out構造の{001}面と、3-in/1-out構造の{111}面および{110}面の3種類以上が共存していることを明らかにした。AIAO秩序のドメイン内部は空間反転対称性をもつ一方で、これらの磁壁では空間反転対称性が破れており、磁壁では拡張ジグザグ格子と類似した状態が実現している。この局所的な空間反転対称性の破れによる反対称ポテンシャルは磁壁の方位によって異なるため、方位の異なる磁壁の物性を調べて比較することで、Cd2Os2O7における局所的な空間反転対称性の破れやパリティ混成の効果を議論することが可能である。

さらに、バルク全体で空間反転対称性が破れる特異な構造相転移とそれにともなう超伝導を示すパイロクロア酸化物Cd2Re2O7との関連から、この物質におけるパリティ混成の効果について議論できる可能性がある。これを実現するには異なる方位の磁壁の物性を区別して測定する必要があり、現在はそのために必要な磁壁を制御する技術について検討を行っている。これまでの所、収束イオンビームにより加工した微細なCd2Os2O7の単結晶試料片において、単一ドメイン状態の実現と単一磁壁の誘起を行うことに成功している。磁化の解析から、磁壁の方位や局所的なスピン構造を推定することができた。また、微細単結晶試料片において単一磁壁を誘起することに成功した。これらの成果を元に、最終年度内で異なる対称性をもつ磁壁の物性を比較し、本テーマの目標を達成することができそうである。最終年度は、集束イオンビームにより加工したパイロクロア酸化物Cd2Os2O7の微小単結晶を用いて、単一磁壁の伝導特性の測定により、伝導特性と局所的な対称性の関係を調べた。Cd2Os2O7は227 Kの温度で金属絶縁体転移と同時にOsの磁気モーメントがall-in/all-out (AIAO)の構造に反強磁性秩序する物質である。AIAO型の磁気秩序では、時間反転対称の関係にある2種類の磁気ドメインが形成される。1年度目には、この磁気ドメイン構造における磁壁が強磁性と電気伝導性を合わせ持つことを発見した。2年度目には、磁壁に由来する磁性を詳しく調べ、磁壁には2-in/2-out型の局所磁気配列をもつ{001}面と3-in/1-out型の局所磁気配列をもつ{111}面および{110}面の3種類が共存していることを明らかにした。2-in/2-out型の{001}面では、磁壁における非補償なスピンが互いに強的な関係にあり、±7 Tの外部磁場では全く反転しない非常に強固な振る舞いを示す。一方、3-in/1-out型の{111}面と{110}面では、磁壁における非補償なOsのスピンは互いに独立しており、自由に反転する擬フリースピンとして振る舞う。微小単結晶において単一の磁壁に対して横磁気抵抗の磁場方位依存性を測定することで、形成された磁壁の磁気伝導効果と磁壁の方位の関係を調べた。その結果、{111}面と{110}面の磁壁では、磁壁の磁気モーメントの変動による散乱が伝導に非常に強く働くことが判明した。特に興味深いことに、局所的な対称性が異なる{111}面と{110}面の伝導特性に差が見られなかった。これは、磁気モーメントによる散乱が強く働く系(磁気揺らぎに由来する高温超伝導体等)では拡張ジグザグ格子の局所的な対称性の破れの効果が小さいことを示唆する重要な発見である。超伝導転移の検証は極低温物性測定装置の不調により達成できなかったが、単結晶試料を用いた測定から界面伝導の現象について明らかにできた。磁気ドメインの界面が伝導性を示す例はほとんどなく、この発見は物性分野の発展に大きく貢献するものと考えている。電流の量や方向、磁場との組み合わせ、および試料表面への溝などの微細加工により磁壁の方位を制御する技術を確立した後、磁壁の磁気輸送特性の測定と比較を行っていく。28年度が最終年度であるため、記入しない。極低温物性測定装置の修繕が済み次第、Cd2Os2O7の極低温における物性の測定を再開する。また、all-in/all-out磁気秩序における磁気界面の物性について詳細に調べる。
ニオイ記憶検査法による認知症発症予測精度の向上に向けた研究

本研究ではニオイ記憶検査法によって、各種認知症疾患における嗅覚障害を高感度に検出しようとした。Open Essenceというニオイ識別各検査法を2回繰り返すことでニオイ記憶を評価しようとしたが、実際には1回目の検査結果にほぼ依存した結果となり、ニオイ記憶の評価法としては不適切であった。パーキンソン病患者を対象としたサブ解析において、他覚的嗅覚障害と自覚的嗅覚障害との差分で定義した嗅覚障害の無自覚度が軽度認知機能障害に特異的に生じることを明らかにし、国際英文誌に報告した。多くの認知症疾患において発症前病初期に嗅覚障害が認められることが明らかになってきているが、本研究ではニオイ記憶の検査手法を確立し、より高感度に認知症疾患における嗅覚障害を検出することを目的としている。そのために、健常者・軽度認知機能障害患者および認知症患者におけるニオイ記憶障害を新たな手法で縦断的に評価し、その臨床的特徴や責任病巣を明らかにしようとしている。当該年度では認知症患者に実施可能なニオイ記憶検査法の検査手順を確立し、嗅覚障害に関連することが知られている記憶障害の検査、および視空間認知機能障害や遂行機能障害、言語障害といった様々な認知機能ドメインの神経心理検査も含めたデータ採取を開始している。疾患群としてはパーキンソン病、レビー小体型認知症、アルツハイマー病を中心にエントリーを行なっており、これらのデータを管理できる情報データベースを作成しデータ入力を開始した。今後は健常者のエントリーを増やして健常データベースの構築を行い、疾患群との比較が可能になるような形式でのデータ集積を行なっていく予定である。また軽度認知機能障害(MCI)群のエントリー数は当初の見積もりよりも少なかったため、今後外来患者を中心にエントリーを増やしていく予定である。多くの認知症性疾患において発症前病初期に嗅覚障害が認められることが明らかになってい。嗅覚障害の評価法として本邦ではニオイ検知閾値および識別覚の検査法が開発されているが、ニオイ記憶については標準化された検査方法が存在しないという問題がある。本研究ではニオイ記憶の検査手法を確立し、より高感度に認知症疾患における嗅覚障害を検出することを目的としている。当該年度では、これまでと同様のデータ採取を継続し、データベースへの登録を行なっているところであり、臨床データに関しては一部の症例を対象に中間解析も行った。パーキンソン病患者を対象とした中間解析では、ニオイ記憶障害よりもOpen Essenceで評価した他覚的な嗅覚障害度と日常のニオイアンケートで評価した自覚的な嗅覚障害度の差分から算出した嗅覚障害への自覚の有無といった検査項目がより鋭敏に軽度認知機能障害を検出できることが明らかとなり、国際誌への研究報告を行った。今後は最終的な解析を行っていき、ニオイ記憶障害検査法が既存の嗅覚検査法と比較して、認知症性疾患やパーキンソン症候群の鑑別に有用かどうかを確認し、また新たに明らかになった嗅覚障害への無自覚という症状が疾患ごとにどのような違いを呈するのかを解析していく。当初はニオイ記憶障害が軽度認知機能低下の検出に有用と予想したが、中間解析で嗅覚障害への無自覚という症候がより有用な所見であることが明らかとなり、そちらに関する追加検討を行った。多くの認知症疾患において発症前病初期に嗅覚障害が認められることが明らかになってきている。当該年度では、パーキンソン病・レビー小体型認知症・アルツハイマー病を中心とした神経変性疾患の患者を対象に取得した臨床データ・嗅覚障害に関するデータおよび脳画像データなどをもとに最終的な解析を行った。OSIT-Jを2回繰り返すことでニオイ記憶障害を評価する予定であったが、実際には1回目の嗅覚障害に依存した結果となることが明らかになり、今回の手法でニオイ記憶を評価することは困難であることが明らかに成った。一方、パーキンソン病を対象にしたサブ解析では、ニオイ記憶障害よりも他覚的嗅覚障害と自覚的嗅覚障害の差から定義した"嗅覚障害の無自覚スコア"が軽度認知機能障害によって特異的に生じる症状であることを明らかにし、国際英文誌に報告した。また画像解析により、嗅覚障害の無自覚の程度と関連する脳領域についても検討を加えている。

パーキンソン病患者を対象としたサブ解析において、他覚的嗅覚障害と自覚的嗅覚障害との差分で定義した嗅覚障害の無自覚度が軽度認知機能障害に特異的に生じることを明らかにし、国際英文誌に報告した。健常群のエントリー数が当初の予定よりも少ない。今後、ニオイ記憶検査については引き続き解析するが、嗅覚障害への無自覚についても検討していく。神経内科患者のエントリー数を増やすため、研究実施施設を増やし研究目標に達するよう調整する。物品費・旅費及び論文の掲載費用が当初の予定よりも低かったため。物品費が当初の予想よりもかからなかったため新たな論文の英文校正・雑誌掲載を行う。次年度以降の検査キット購入費用として使用する
代数多様体の導来圏の自己同値群の研究

代数曲面上のA型特異点の極小特異点解消の導来圏に現れるspherical対象の分類をすることでその極小特異点解消の自己同値群の生成元を見付けることができた。これをD型、E型に拡張するため、昨年度に引き続きD_n型特異点の極小特異点解消の導来圏に現れるspherical対象の分類を試みた。spherical対象が曲線束(もしくは、もっと一般に連接層)のときは、ルート系の一般論を圏化することによって分類ができたが、一般の導来圏の対象に拡張しようとすると、様々な困難が生じ、未だ出来ていない。また、どのような代数多様体の導来圏に"ファントム部分圏"が存在するのかという問題は導来圏の研究者たちの間で問題になっており、代数曲線の場合は、ファントム部分圏が存在しないことがわかっている。そこで私は代数曲面の場合で、最も簡単そうに見える2次元射影空間の導来圏にファントム部分圏が存在するかという問題を考えたが、部分的な解答しか得られず、予想していたより困難な問題であることが理解できた。さらに、KuznetsovとShinderによるD-同値な代数多様体はL-同値となるという予想の反例の構成を考え、フロップという双有理写像で結ばれる2つの代数多様体の例外集合の次元が異なれば、上記予想の反例ができると思い立ち、そのようなフロップの構成を試んでいたが、結局例外集合の次元は一致し、この方法では予想の反例はできないことが分かった。代数曲面上のA型特異点の極小特異点解消の導来圏に現れるspherical対象の分類に関しては膨大な計算をしてみたが、連接層と連接層の複体のギャップは大きく、分類には至っていない。またKuznetsovとShinderによるD-同値な代数多様体はL-同値となるという予想の反例の構成に関しては、導来同値であることが知られている様々な代数多様体に関して、この予想の反例にならないか考えているが、未だうまくいっていない。KuznetsovとShinderによる予想の反例の構成は、うまい代数多様体の例を見付ければ証明は容易かもしれないが、その発見はかなり直観的な感覚が必要であるように思える。そこで、導来同値な代数多様体の新たな例を構成するなど、それ自体意味があり、また直観を養うのに必要な問題を考えることも必要だと思われる。
酸化物分散強化複合材料の創製

9CrODSフェライト鋼は硬質相である残留フェライト相を含有する酸化物分散強化複合材料である。残留フェライト相の生成は酸化物粒子によるα/γ異相界面のピン止め作用に因ること、また残留フェライト相の硬質化は酸化物粒子の母相との整合性維持によるナノ粒子化に起因することを明らかにした。熱間圧延により焼戻しマルテンサイト相の一部をフェライト相に変態させることにより、高温強度と延性が著しく向上することを発見し、新たな先進ODS複合材料の製造プロセスを提示した。(1)本研究は、これまで個別に研究されてきた酸化物分散強化(ODS : Oxide Dispersion Strengthened)と複合材料強化を融合して、画期的な高強度・高延性・高靭性を発現する先進ODS複合材料を創製することを目的とする。(2)そのため、強加工で誘起されるY_2O_3粒子の強制固溶と焼鈍過程で起こるY_2O_3粒子のナノサイズ析出、及び複合組織の形成を実験と解析により明らかにして、残留α相とマルテンサイト相から成る先進ODS複合材料の組織制御法を開発する。マルテンサイト変態が生じる成分系を選定し、遊星型ボールミルを用いてFe-9Cr-2W-0.2Ti-0.35Y_2O_3(mass%)を基本組成として、炭素濃度が0.03と0.13mass%からなるメカニカルアロイング(MA)粉末を作製した。このMA粉末の昇温過程での示差熱分析(DTA)とX線回折実験より、Y_2O_3粒子はMA過程で分解した後、1,000°C以上の温度で酸化物粒子として析出することを確認した。また、析出した酸化物粒子を高分解能電子顕微鏡を用いて観察し、直径が10nm以下のナノ粒子であることを確認した。ナノインデンテーターによるナノ領域の硬さ測定を行い、本成分系において、硬い結晶粒(ハード粒)と軟らかい結晶粒(ソフト粒)から成る複相組織が形成され、酸化物分散強化複合材料が出来ていることを確認した。炭素濃度が0.13mass%の場合には、ハード粒は非平衡的に生成する残留α相であり、炭素濃度が0.03mass%では平衡δ相であることを、計算状態図による解析及びナノ酸化物粒子によるα/γ異相界面のピン止め力の解析から明示した。ハード粒は超微細粒で構成されていることを見出し、これによる結晶粒微細化強化のレベルを定量評価した。また、高分解能電子顕微鏡により測定した酸化物粒子の分散パラメータから酸化物分散強化レベルを導出した。ナノインデンターで測定したハード粒の硬さから室温での降伏応力に換算し、この降伏応力は酸化物分散強化よりも結晶粒微細化強化により支配されていることを定量的に明らかにした。このような酸化物分散強化複合材料の強化に寄与する超微細粒の形成機構にっいても、MAによるナノ結晶の生成と焼鈍に伴う再結晶・粒成長の観点から検討した。(1)複合組織制御法の開発炭素濃度を0.03wt%、0.13wt%、0.2wt%に制御することにより、ハード粒である残留α相の体積割合を3レベルに変化させた複相組織を作製し、それらの材料の機械的特性を評価した。機械的特性は熱間圧延で形成される超微細粒組織に大きく依存することを明らかにした。(2)高分解能電顕による酸化物粒子形態の評価変態γ相中に比べて残留α相中において、酸化物粒子は3nmサイズのナノ粒子として超微細分散することを明らかにした。残留α相中に析出する酸化物粒子は母相と整合性を維持していることがその理由と考えられる。残留α相がハード粒である理由は、ナノサイズ酸化物粒子による転位のピン止め作用によることが判明した。(3)複合組織形成シミュレーション解析残留α相からなる複合組織は、A_<cl>点以上の温度での炭化物溶解に伴うα/γ逆変態駆動力の増加と酸化物粒子によるα/γ異相界面のピン止め力で説明できることが分かった。1)機械特性評価ホットプレスで成型した固化体を80%まで熱間圧延し、それから採取した試験片の700°C引張試験を行った。その結果、熱間圧延で作製した材料は従来の引張強さと破断伸びを遥かに凌駕する優れた高温強度と延性を示すことが明らかになった。FE-SEM/EBSDによる構造解析を行うことにより、熱間圧延後の材料はマルテンサイト変態が生じず、粗大粒と微細粒のフェライト混粒組織であることが判明した。このような製造プロセスを採用することにより、優れた高温強度・延性を有する酸化物分散強化複合材料を実現できる見通しが得られた。2)高分解能電顕による解析走査型電顕による引張破面の解析を行い、酸化物分散強化複合材料において上記の優れた高温強度と延性が発現する機構を検討した。3)組織形成シミュレーション解析酸化物分散強化

複合材料における炭化物の溶解速度とα/γ逆変態の進行速度を実験的に求め、昨年度構築した酸化物粒子によるα/γ界面のピン止め力とα/γ逆変態の駆動力に基づく複合組織形成機構のシミュレーション解析の検証を行った。放電プラズマ焼結で成型した固化体を1,000°Cオーステナイト域で80%まで熱間圧延することにより、ODS複合材の引張強度とクリープ破断強度は従来材に比べて遥かに凌駕する優れた性能を発揮することを発見した。FE-SEMによる組織分析とEBSDによる構造解析を行い、熱間圧延によりオーステナイト域からの冷却中にマルテンサイト変態ではなくフェライト変態が生じ、粗大な「変態フェライト相」が生成していることを見出した。そこで、熱間圧延により粗大な「変態フェライト相」が生成するメカニズムをODS複合材の連続冷却変態線図に基づき検討し、フェライト変態のノーズが熱間圧延で導入された微細結晶粒化と高歪により高冷却速度側にシフトすることがその原因であることを示した。また、粗大な「変態フェライト相」の生成により強度・延性が大幅に向上するメカニズムを検討し、パケットとブロックから成るマルテンサイト相ではそれらの異相境界で局所変形が誘起されるに対し、粗大な「変態フェライト相」では結晶粒界での局所変形が抑制されることがその原因であることを明らかにした。以上の検討を踏まえ、優れた高温強度と延性を有する酸化物分散強化複合材料の組織は,硬質相である「残留フェライト相」、及び軟質相で粗大な「変態フェライト相」と微細な「焼戻しマルテンサイト相」を適切に分散させた3相複合組織であり、このような組織に制御するためには、オーステナイト域での熱間圧延加工が有効であることを提示した。今年度は最終年度であることから、酸化物分散強化複合材料としてのODS複合材について、4年間に実施した実験結果とシミュレーション解析結果を報告書および論文としてとりまとめた。
薬剤の血管外漏出に対する看護技術の検証と確立

1.薬剤の血管外漏出に対する罨法の効果に関する糖尿病ラットを用いた実験的研究糖尿病患者は創傷治癒が遅延する傾向にあるため,本来血管内に投与されるべき薬剤が血管外に漏出するなどした場合,難治性の皮膚傷害に移行する可能性がある.そこで本研究では,このような糖尿病患者を想定した薬剤の血管外漏出時の看護ケアについての基礎的知見を得ることを目的とし,糖尿病の病態動物モデルを用いて実験的研究を行った.その結果,組織学的検索では,薬剤が血管外に漏出した部位において,冷罨法群では,対照群に比べ,炎症性細胞の浸潤などの組織傷害の程度が軽度であり,温罨法では,対照群および冷罨法群に比し,炎症性細胞の浸潤が強く,筋壊死像が認められるなど,組織傷害の程度が重度であった.このことより,創傷の治癒が遅延する傾向にある患者において,薬剤(メイロン)が血管外に漏出した場合,温罨法よりも冷罨法の方が組織傷害を抑制する点で有用であると考えられた.2.ビンカアルカロイド系抗がん剤の血管外漏出に伴う皮膚傷害に関する実験的研究現在,血管外に漏出した際,その対処方法として温罨法が勧められているビンカアルカロイド系抗がん剤について,本剤漏出時の皮膚傷害の機序(特に初期変化)を,実験動物を用いて組織病理学的に明らかにすることを目的に研究を行った.光学顕微鏡的検索では,薬剤漏出後の温罨法適用の有効性は示されず,むしろ皮膚傷害を憎悪させる危険性が示唆された.現在,電子顕微鏡標本を作製し,抗がん剤漏出時のウサギ皮膚の初期変化について,検索中である.1.ビンカアルカロイド系抗がん剤漏出時の罨法の作用に関する実験的研究ビンカアルカロイド系抗がん剤は血管外に漏出した際,対処方法として「温めること」が推奨されている。そこで本研究では,当薬剤が血管外に漏出した際の温罨法の作用について明らかにすることを目的に,実験動物(ラット)を用いて研究を行った.その結果,当薬剤が漏出した際,それに伴う皮膚傷害は漏出直後ではなく,数日をおいて出現することが明らかとなった.また,本実験条件下では,当薬剤漏出後,温罨法を施行したラット皮膚に潰瘍形成という重篤な傷害を認めた.このことから,ビンカアルカロイド系抗がん剤が血管外に漏出した場合の温罨法適用の有効性は示されず,むしろ皮膚傷害を増悪させる危険性があると考えられた.2.薬液の血管外漏出時の罨法の作用に関する基礎的研究臨床において薬液の血管外漏出が発生した際,漏出部に対して罨法が行われることが多いが,実際に血管外に漏出した薬液がどのような機序で組織内を移動するかについて今まで明らかにした報告はない.そこで本研究では,色素を用いて薬液が血管外に漏出した状況を実験的に作製し,それに対する冷罨法あるいは温罨法の作用について検証する目的で実験動物を用いた研究を行った.その結果,薬液漏出後冷罨法を施行したラット背部皮下組織では,注入した各色素が拡散することなく,狭い範囲にとどまる傾向がみられた.また,温罨法を施行したラット背部皮下組織では,注入した各色素が拡散することはあっても,吸収を確認できる所見は得られなかった.このことより,薬液を色素で標識することにより,薬液が血管外に漏出した際の罨法の作用について明らかにすることができた.1.薬剤の血管外漏出に対する罨法の効果に関する糖尿病ラットを用いた実験的研究糖尿病患者は創傷治癒が遅延する傾向にあるため,本来血管内に投与されるべき薬剤が血管外に漏出するなどした場合,難治性の皮膚傷害に移行する可能性がある.そこで本研究では,このような糖尿病患者を想定した薬剤の血管外漏出時の看護ケアについての基礎的知見を得ることを目的とし,糖尿病の病態動物モデルを用いて実験的研究を行った.その結果,組織学的検索では,薬剤が血管外に漏出した部位において,冷罨法群では,対照群に比べ,炎症性細胞の浸潤などの組織傷害の程度が軽度であり,温罨法では,対照群および冷罨法群に比し,炎症性細胞の浸潤が強く,筋壊死像が認められるなど,組織傷害の程度が重度であった.このことより,創傷の治癒が遅延する傾向にある患者において,薬剤(メイロン)が血管外に漏出した場合,温罨法よりも冷罨法の方が組織傷害を抑制する点で有用であると考えられた.2.ビンカアルカロイド系抗がん剤の血管外漏出に伴う皮膚傷害に関する実験的研究現在,血管外に漏出した際,その対処方法として温罨法が勧められているビンカアルカロイド系抗がん剤について,本剤漏出時の皮膚傷害の機序(特に初期変化)を,実験動物を用いて組織病理学的に明らかにすることを目的に研究を行った.光学顕微鏡的検索では,薬剤漏出後の温罨法適用の有効性は示されず,むしろ皮膚傷害を憎悪させる危険性が示唆された.現在,電子顕微鏡標本を作製し,抗がん剤漏出時のウサギ皮膚の初期変化について,検索中である.
高セシウム蓄積細菌の構築と環境浄化

福島第一原子力発電所より大量の放射性物質が環境中に放出された。その中でも半減期が長いセシウムの環境浄化は重要な問題である。本研究は菌体内に高い濃度のセシウムを蓄積する細菌を取得し、それらの菌株を変異処理を行うことで、菌体内に蓄積するセシウム量を増強した菌株を取得を行う。取得した高セシウム蓄積細菌についてはセシウムの蓄積量、蓄積条件等の性質の解析を行う。また、高セシウム蓄積細菌を使用して菌体を固定化しカラムなどに充填を行い、セシウム浄化の方法の検討も行う。さらに高セシウム蓄積細菌と野生株のゲノムDNA解析、遺伝子発現解析、セシウム取り込み系の解析など行い、セシウム蓄積メカニズムの解明を目指す。
サルコイドーシスにおけるアンギオテンシン変換酵素の役割

新鮮単球よりも培養単球やConA刺激単核球培養上清で誘導した多核巨細胞のおいてその発現が亢進していた。しかし、RT-PCR法によるACEmRNAの経時的な発現を確認することはできなかった。また、培養細胞液中のACE活性は微量であり、種々の培養条件による差は認めなかった。細胞内のACEはFluorometric assay(Hip-His-Leu, Z-Phe-His-Leu-His-Leu遊離)にて検出されなかった。次に単球培養液中のAng-II濃度を経時的にRadioimmunoassayで測定したところ、培養後3日まで経時的に増加していた。この上昇はACE阻害剤であるカプトリルの培養系への添加により抑制された。多核巨細胞誘導上清であるConA刺激単核球培養上清による単球のACE発現亢進機序を検討するために新鮮単球を同培養上清で培養し、ACEの発現に関するシグナル伝達機構阻害剤であるcalphostinC (PKC阻害剤)、wortmannin (PI3K阻害剤)、UO126(p42/p44MAPK阻害剤)、PP2(Src kinase阻害剤)で処理したところ、ACEの発現が抑制された。また、新鮮単球にサルコイドーシスに有効で、多核巨細胞誘導抑制薬であるトラニラスト、アロプリノールを上記ConA刺激単核球培養上清とともに添加し、単核球の経時的なACE発現を検討したところACEの発現が低下した。単球が多核巨細胞に分化する過程でACEの発現が亢進し、Ang-IIの産生が増強するかを検討した。まず、単球と多核巨細胞へ分化していく過程の細胞でのACE発現を抗CD143抗体を用いて免疫染色で検討したところ、新鮮単球よりも培養単球やCon練り激単核球培養上清で誘導した多核巨細胞においてその発現が充進していた。しかし、RT-PCR法によるACEmRMの経時的な発現を確認することはできなかった。細胞内のACEはFluoromet ric assay(Hip-His-Leu,Z-Phe-His-Leu→His-Leu遊離)にて有意に検出されなかった。この上昇は、ACE阻害薬であるカプトリルの培養系への添加により抑制された。多核巨細胞誘導上清であるConA刺激単核球培養上清による単球のACE発現亢進機序を検討するために新鮮単球を同培養上清で培養し、ACEの発現に関するシグナル伝達機構阻害剤であるcalphostinC(PKC阻害剤)、wortmannin(PI3K阻害剤)、U0126(p42/p44MAPK阻害剤)、PP2(Src kinase阻害剤)で処理したところ、ACEの発現が抑制された。また、新鮮単球に、サルコイドーシスに有効で、多核巨細胞誘導抑制薬であるトラニラスト、アロプリノールを上記ConA刺激単核球培養上清とともに添加し、単球の経時的なACE発現を検討したところ、ACEの発現が低下した。アンギオテンシン変換酵素(ACE)はサルコイドーシスの肉芽腫病変で産生され、その血清値が上昇すると考えられている。ACEによって生成されるアンギオテンシン耳(Ang-II)は、サイトカインやケモカインの産生を誘導し、炎症反応に関与していることが報告されている。そのため、ACEの発現増強環境下においては、Ang-IIが炎症性肉芽腫の病態形成に関与していることが想像される。

そこで、サルコイドーシスの病態形成における単球由来のACEおよびACEから生成されるAng-IIの役割を明らかにするために、これまで肉芽腫形成に関わることを報告してきたCD14^+CD16^+単球の誘導能や遊走などの機能に対するAng-IIの影響について検討した。TGF-β、IL-10、M-SCFは新鮮単球からのCD14^+CD16^+単球誘導能を有していたが、それぞれを単独で用いるとCD14^+CD16^+単球誘導はわずかであった。しかし、M-CSF/IL-10あるいはTGF-β/IL-10にて新鮮単球塗箸養するとき3日後にはCD14^+CD16^+単球が強く誘導された。そこに、Ang-IIを添加したところ、CD14^+CD16^+単球の誘導が抑制された。次に、CD14^+CD16^+単球の遊走因子に対するAng-IIの作用をボイデン法にて調べた。チャンバー下室に、単球の最も強力な遊走因子の1つであるmonocyte chemoattractant protein-1や、単球由来巨細胞である破骨細胞の遊走に関与するReceptor activator of NF-κB ligand(RANKL)を種々の濃度で入れ、上室に無刺激あるいはAng-II刺激CD14^+CD16^+単球を加えたところ、Ang-II刺激が遊走能を抑制することが認められた。
塩素化合物のゼロエミッション化を目指した廃プラスチックの脱塩素技術の評価と高度化

PVCの脱塩化水素はいずれの温度でも初期において脱塩化水素は時間に対して0次的に進んだが、高脱塩化水素率になるに従い速度は徐々に低下した。反応初期における脱塩化水素率を0次で整理したときの見かけの活性化エネルギーは28kcal/molであった。脱塩化水素反応が速度を支配するため、それが実験条件に依存しないことを明快に示す結果である。しかし、300°C以上では、活性化エネルギーは5kcal/molであった。これは300°C以上においては試料への伝熱速度が反応を支配することを示唆する。0次で整理した脱塩化水素率より高い領域を新たに1次で整理し、得られた見かけの活性化エネルギーは300°Cを境に大きく変化し、300°C以下は19.3kcal/mol,300°C以上は3.8kcal/molとなり、低脱塩化水素率領域と同様の傾向を示した。以上より、脱塩化水素率の高低によらず、300°C以上においては試料への伝熱速度が反応を支配していることが示唆された。純水PVC粉末、260°Cで21.8%および67.6%まで脱塩化水素した残留物のFT-IRスペクトルには、脱塩化水素の進行とともにポリエン構造が発達、C-H伸縮振動(28003000cm^<-1>)およびC-H変角振動(12001450cm^<-1>)など脂肪族による吸収強度が低下、その一方でC=C-H伸縮振動(30003030cm^<-1>)、C=C伸縮振動(1600cm^<-1>)、架橋や環境によって形成される芳香環C-H伸縮振動(30003030cm^<-1>)や芳香環C-H面外変角振動(750900cm^<-1>)による吸収が認められた。これは、脱塩化水素反応が進むほどPVCの構造に不飽和結合や芳香環が多く形成され、また、未反応の塩素は分散して存在することを示す。そのため、zipper機構で連続的に脱塩化水素する部位が減少し、脱塩化水素が進むほど速度が小さくなったと考えられる。
SLEに対する新規治療薬としての抗HMGB1抗体の有効性の検討

難治性自己免疫疾患である全身性エリテマトーデスの新規治療ターゲットとして、非ヒストン核蛋白HMGB1 (High Mobility Group Box-1)に着目し、そのモノクローナル抗体の臨床的有用性について、疾患モデルマウスに抗HMGB1抗体もしくはコントロール抗体を第4週齢より静脈内投与し、16週齢にて疾患活動性を評価した。dsDNA抗体価、血清及び腎組織ケモカイン・サイトカインプロファイル、腎組織評価にて両群間に有意差を認めなかったが、尿蛋白量は有意差を認めないものの抗体投与群で低下傾向を認め、好中球の糸球体への浸潤の低下を認めており、自己抗体産生非依存性の腎炎抑制効果が推測された。代表的な全身性ループスエリテマトーデス(SLE)のモデルマウスの一つであるMRL/MpJ-Faslpr/Jマウスを用い、第8週齢より第16週齢まで、5mg/kg/dayの抗HMGB1抗体(N=10)もしくはコントロール抗体(N=9)を、週に2回腹腔内投与を行った。尿たんぱく量の推移は14週時点ではコントロールと比較しHMGB抗体投与群にて低値の傾向はあったが、16週時点では両群間での差異は認められなかった。16週時点の腎組織では血清中のdsDNA抗体値も抗体投与群にて低値の傾向はあったが有意差は認めなかった。16週時の腎組織の検討では、抗体投与群にて活動性病変が多く認め、糸球体スコアの有意な上昇を認めた。同様の検討を静脈内投与(5mg/kg,週二回投与、N=8ずつ)で行ったが、腹腔内投与と同様、腎病変の発症時期の遅延が抗体投与群で認められるものの、16週時点でのタンパク尿は両群で有意差を認めなかった。ただし、14週時点でのタンパク尿抑制効果は腹腔内投与法よりも強い傾向を認めた。またいずれの投与方法でも、体重やリンパ節重量などの群間での差異は認めなかったが、リンパ節腫大の質的評価を行うため、OMICとの共同研究にてFDG PET/CTを用いた画像解析を施行中である。今後、よりリンパ節腫脹の描出に有用な核種([18F]FAC)を合成し、核種の取り込みについて検討予定である。代表的なSLEのモデルマウスの一つであるMRL/MpJ-Faslpr/Jマウスへの抗HMGB1抗体投与実験に関しては、2013年度のデータをもとに、発症前の4週齢から静脈内投与(5mg/kg/day、週2回)を開始し、16週齢時点で腎病変の進展の差異や血清中のサイトカイン濃度、dsDNA抗体値につき解析を行った。現在個体数を増やしつつ解析中であるが、尿蛋白量や腎臓への補体・IgG沈着、組織学的な糸球体腎炎の活動性についてはHMGB抗体投与群にて有意差を認めないものの活動性が抑制されている傾向にあった。一方で、dsDNA抗体値については、予備実験の結果と反し、HMGB1抗体投与群において、高力価を示した。また、昨年度より継続しているリンパ節腫大の質的評価の画像解析については、OMICとの共同研究にて、よりリンパ節への特異的取込が期待される核種[18F]FAC合成投与し、PET/CTでの撮像を試みた。現在、抗体投与前の8週齢でのマウス、及び1か月間抗HMGB1抗体もしくはコントロール抗体の静脈内投与を受けた12週齢のマウスで、核種のリンパ節への取り込みを画像解析中である。上記モデルマウスに、週齢4週から15週まで、抗HMGB1抗体もしくはコントロール抗体を週二回5mg/kg静脈内投与し、16週齢にて疾患活動性の評価を行った。抗HMGB1抗体投与群において、dsDNA抗体値の低下作用は認められず、血清中及び腎組織のケモカイン・サイトカインプロファイルについても両群で差を認めなかった。リンパ組織を含めた臓器重量の差もなく、12W時点での[18F]FACのリンパ組織への取込をPET/CTで撮像し質的評価も追加したが、有意差を認めなかった。腎組織評価においても両群の差は認めなかったが、尿蛋白量については有意差を認めないものの、抗体投与群で低下傾向を認め、好中球の糸球体への浸潤が抗体投与群で低下していた。上記プロトコールでは、抗HMGB1抗体投与による十分なHMGB1中和が得られなかった可能性もあるが、一方で、抗体値の低下作用を認めないにもかかわらず、尿蛋白量が低下した原因として、腎組織への好中球浸潤抑制効果が機序として推察された。この研究成果につき、2016年4月、日本リウマチ学会で発表し、現在論文投稿について準備中である。

予備実験の結果と比して、抗HNGB1抗体投与によるループス腎炎の発症遅延や活動性低下の効果は、dsDNA値低下とは関連を認めず、抗体産生とは独立した機序での腎炎への改善効果を検討する必要がある。そのため、各臓器におけるHMGB1受容体などの発現の検索を行う前に、抗体産生非依存性の腎炎抑制効果の機序につき解析を加える必要があり、以下のような計画をたて遂行中である。リウマチ膠原病学抗体産生非依存性の腎炎抑制効果につき、腎臓における各種サイトカインやケモカインの発現量の差異や、腎臓における好中球、単球などの炎症性細胞の浸潤の差異につき検討を追加する予定である。また、より病態に関与すると考えられるIgG2型のDNA抗体の力価についても追加検討予定である。また、リンパ節腫脹の質的差異を認める場合は、リンパ節内の各リンパ球サブセットごとのアポトーシスアッセイを行い、抗体産生に寄与する細胞群でのアポトーシスにHMGB1抗体投与が影響を与えている可能性の可否につきあわせて検討する。効率的なHMGB-1抗体方法を検討するため、既に二種類の方法にてプロトコールを作成し、ループス腎炎の発症遅延効果を確認しえており、HMGB-1を介するシグナル伝達が治療アプローチの可能性があることを確認すみである。FDGを用いたPET/CTにおいても条件設定は終了しており、今後より適切な核種を用いて検討を行う準備ができている。HMGB-1抗体投与のによるループス腎炎の発症遅延効果を確認しえており、今後は用量の設定や、SLEの臓器病変が発症する前からの抗体投与で治療効果が期待できないか検討予定である。また上記マウスより採取した血清、腎組織の検体などを用いて、サイトカインの測定やHMGB-1濃度の測定、臓器におけるHMGB-1受容体などの発現の検索についても、遂行予定である。PET/CTを用いたリンパ節腫脹の画像診断に関しては、よりリンパ節腫脹の描出に有用な核種([18F]FAC)を合成し、核種の取り込みについて検討予定である。
高温高圧水マイクロプロセスによるスーパーエンプラ基幹原料の環境調和型効率合成

化学産業の「国際競争力の強化」や「拠点の国内回帰」への強い要請から,「低コスト」かつ「簡素」であり,しかも,「環境に調和」した有機合成手法の開発は重要な課題となっている.水の性質を活かした有機合成反応は,そうした観点から大変魅力的である.本研究は,スーパーエンプラの基幹原料の効率製造を指向して,遷移金属触媒クロスカップリング法を超臨界,亜臨界水中へ適用することを目的とする.実際,クロスカップリングのための効率的なマイクロフロープロセスの設計及び構築に成功し,触媒添加量、塩基添加量、並びに、反応時間の大幅な削減を達成した.【高温高圧水マイクロフロープロセスの構築】超臨界・亜臨界領域において反応を実施する際に予想される主な問題の一つは、反応途中に水が「暴走」し、所望外の物性値を経由することである。溶媒や反応剤として働くはずの水も、その反応に不相応な極性・粘度・イオン積(pH)等を有すれば、それ自体が副反応の発生や反応の不進行を引き起こす「反応阻害剤」となりうるからである。そこで本研究では、このような問題を抑制するために、独自技術である高温高圧水マイクロフロープロセスを活用して、研究を推進している。なぜなら、マイクロ反応器は、比熱容量が極めて小さいため、反応に高い温度・密度勾配を持たせることができるからである。本年度は、「鈴木-宮浦カップリング」によるスーパーエンプラ基幹原料の合成に向けて、そのためのマイクロフロープロセスの構築を行った。【モデル反応系によるマイクロフロープロセスの検証】モデル反応系として、脱水縮合(通常、酸・塩基反応剤の添加が必要とされる反応)を選択し、構築したマイクロフロープロセスの検証を行った。本モデル反応系を選択した理由は、「鈴木-宮浦カップリング」をプロセスの構築段階にて実施すると、マイクロ流路内における触媒金属の閉塞をはじめとした様々な問題が発生するため、より簡素な反応系を用いる方が円滑に研究を推進できると判断したためである。一方、「鈴木-宮浦カップリング」には通常塩基反応剤が必要であり、そのためのモデル反応系として適格だと判断したことも理由の一つとなっている。実際、本縮合反応(ベンズイミアゾール合成)が、構築したマイクロフロープロセスによって、温度約350450度、圧力約3045Mpaの亜臨界超臨界領域の水媒体中にて円滑に進行することを明らかにし、その結果について学会発表及び特許出願を完了した。当初、「鈴木-宮浦カップリング」を用いて、マイクロフロープロセスの構築を検討したが、マイクロ流路内における閉塞の問題が発生し、順調に計画が進行しなかった。そこで、上述したように、より簡素なモデル反応を選択し、プロセスの構築を再検討したため、計画に若干の遅れが生じた。【高温高圧水マイクロフロープロセスによる鈴木-宮浦クロスカップリング】本年度は、昨年度にモデル反応系を用いて構築したマイクロフロープロセスを、「鈴木-宮浦カップリング」へ適用するための検討を実施した。その結果、反応温度約200250度、反応圧力約15MPaの亜臨界領域の水媒体中にて、円滑に反応を進行させることに成功した。本プロセスは、1)有機ボロン酸と有機ハロゲン化物を理論当量のみ用いる、2)反応が定量的に進行する、3)触媒添加量がppbレベル以下で良い、など種々の優れた特徴を有している。また、1当量以下の塩基反応剤の添加により約90%の収量が得られることも本プロセスの特徴の一つである。これまで報告されている「鈴木-宮浦カップリング」においては、通常35当量の塩基反応剤の添加が必須であるとされており、本プロセスはその常識を覆すものである。これは、高温高圧水の酸・塩基触媒の効果であると考えると、合理的に説明することが可能である。本結果については、学会発表を完了した。【反応・抽出・分離を含む連続的マイクロフロープロセスへの展開】スーパーエンプラ基幹原料の製造に向けて、反応・抽出・分離を含む連続的プロセスへの展開を行った。本プロセスは、1)高温高圧水中における反応(鈴木-宮浦カップリング)、2)マイクロ混合を活用した有機溶媒抽出、3)膜分離技術による反応生成物の分離、により構成される。上述の「鈴木-宮浦カップリング」を、本連続的プロセスにて実施することにより、生成物の触媒残渣の含有率をppmレベル以下まで抑制できることを明らかにした。その後の精製工程を省略できる利点がある。本結果については、特許出願を完了した。化学産業の「国際競争力の強化」や「拠点の国内回帰」への強い要請から,「低コスト」かつ「簡素」であり,しかも,「環境に調和」した有機合成手法の開発は重要な課題となっている.水の性質を活かした有機合成反応は,そうした観点から大変魅力的である.本研究は,スーパーエンプラの基幹原料の効率製造を指向して,遷移金属触媒クロスカップリング法を超臨界,亜臨界水中へ適用することを目的とする.実際,クロスカップリングのための効率的なマイクロフロープロセスの設計及び構築に成功し,触媒添加量、塩基添加量、並びに、反応時間の大幅な削減を達成した.今後は、本年度に構築したマイクロフロープロセスを「鈴木-宮浦カップリング」に適用し、スーパエンプラ基幹原料の合成に向けた検討を早急に実施していく予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。合成化学28年度が最終年度であるため、記入しない。
電子線結晶構造解析によるクーロンポテンシャルの可視化

X線回折が利用できない微小な薄い三次元の蛋白質結晶から、電子線結晶構造解析により構造決定を行う新しい技術を開発した。電子線は負の電荷を持ち、同じ原子でも電荷を持ったものと中性のもので、その散乱のされ方は大きく異なる。開発した技術を用いて、膜蛋白質等の薄い結晶から機能部位のイオンやアミノ酸等の荷電状態を可視化することに成功した。生体分子が機能を発揮する上で、機能部位の荷電状態は大きな影響を及ぼすため、本研究により、蛋白質のより詳細な作動原理の解明に繋がると期待できる。生体マシンの作動原理の解明、創薬への応用を目指し、生体分子が機能を発現する上で本質的に重要な因子となるクーロンポテンシャルの可視化を行っている。X線は原子の電子雲に散乱されるのに対して、電子は原子のクーロンポテンシャルに散乱される。クーロン力は長距離に渡って作用するため、いろいろな生命活動に大きな影響を及ぼす。例えば、プロトン輸送やイオンの配位、蛋白質の安定性、化学反応にも深く関与している。本研究では、蛋白質のごく薄い三次元結晶の電子線回折から、そのクーロンポテンシャルマップを得る新技術の開発を目指している。クーロンポテンシャルは、X線結晶構造解析では得ることのできない情報であり、これまでに実験的に測定する汎用的な手法は存在しない。25年度は、筋小胞体Ca2+-ATPase、牛肝臓カタラーゼのごく薄い三次元結晶から集めた電子線回折パターンより得た、それぞれ3.4 Åと3.2 Å分解能のクーロンポテンシャルマップを詳細に解析し、アミノ酸側鎖、金属イオンの荷電状態の可視化に成功した(論文準備中)。また、位相情報の取得のため重原子置換体から電子線回折を集めた。以上により、非常に薄い結晶から新規構造の解析を可能とする新しい技術として確立することを目指す。生体マシンの作動原理の解明、創薬への応用を目指し、生体分子が機能を発現する上で本質的に重要な因子となるクーロンポテンシャルの可視化を行う。本年度は、肝臓カタラーゼ、筋小胞体Ca2+-ATPaseのごく薄い三次元結晶の電子線回折回転写真を撮影、回折パターンを、開発したプロラムで処理し、プロファイルフィッティングにより正確な強度を求めた。次に、結晶格子、方位を精密化するプログラムを新たに開発し、適用した。多くの結晶からの回折パターンを統合した強度データに対して分子置換を行うことで、カタラーゼとCa2+-ATPaseのそれぞれ3 Åと3.5 Å分解能のクーロンポテンシャルマップの取得に成功した。得られたマップでは、アミノ酸側鎖、金属イオン、水分子等が明瞭に解像できた(論文準備中)。現在、電荷の影響が大きく現れる低角側のデータを含めた密度マップと低角側を含めないものとの比較から、電荷を持つ残基を同定し、分子の作動機構をより詳細に解析することを目指している。また、重原子置換体から電子線回折を集め、位相情報の取得を進めている。結晶化の試みでX線回折には適さない非常に薄い結晶しか得られないこともある。開発する技術により、これらの結晶から新規の構造が解析可能となる汎用性の高い技術としても確立する。生体マシンの作動原理の解明、創薬への応用を目指し、生体分子が機能を発現する上で本質的に重要な因子となるクーロンポテンシャルの可視化を行った。本研究では、蛋白質のごく薄い三次元結晶の電子線回折から、そのクーロンポテンシャルマップを得る新技術の開発を目指した。クーロンポテンシャルは、X線結晶構造解析では得ることのできない情報であり、これまでに実験的に測定する汎用的な手法は存在しなかった。26年度は、筋小胞体Ca2+-ATPase、牛肝臓カタラーゼのごく薄い三次元結晶から集めた電子線回折パターンを処理し、それぞれ3.4 Åと3.2 Å分解能のクーロンポテンシャルマップを取得した。中性とイオン化した原子の電子線に対する原子散乱因子を用いて詳細に解析した結果、アミノ酸側鎖、金属イオンの荷電状態の可視化に成功した(Yonekura et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2015)。

生物学電子顕微鏡では試料ホルダーの構造及び試料形態の制限から、試料を約±60°までしか傾斜できない。特に、薄い結晶のように支持膜に同一の面で吸着する試料では、データを収集できない円錐状の領域(ミッシングコーン)が残ってしまう。この結果、得られる密度マップの分解能は膜に垂直な方向に悪くなる。この問題に対して、非結晶学的対称単位の平均や密度改変法(density modification)を適用することで、密度マップを改善できることがわかった。さらに、電子線の散乱因子の与え方を工夫することで、筋小胞体のCa2+-ATPase、カタラーゼのアミノ酸側鎖の荷電状態、金属イオンの酸化状態の同定に成功している(論文準備中)。また、位相情報の取得のため重原子置換体からの電子線回折の測定を行った。以上から当初計画通りに順調に研究が進んでいると考える。本年度は、牛肝臓カタラーゼ、ウサギ筋小胞体Ca2+-ATPaseのごく薄い三次元結晶の電子線回折の回転写真から、初期クーロンポテンシャルマップの取得を目標とした。電子線の波長はX線と比べて50分の1以下であり、X線結晶構造解析で用いられている回折データの処理ソフトを使用することができないことが分かっていた。そのため、電子線回折パターンからプロファイルフィッティングにより正確な積分強度を抽出するプログラムの独自開発を進めていたが、本年度はこのプログラムの改良に加えて、結晶格子、方位を精密化するプログラムを新規開発し、計画通りに完了することができた。次に、上記プログラムにより処理した多数の異なる回転シリーズの強度情報を、X線結晶構造解析で使われているソフトウェアにより統合し、分子置換により密度マップを計算した。以上から、薄い三次元結晶からのクーロンポテンシャルマップの取得に世界で初めて成功した。それぞれ、3 Åと3.5 Å分解能のカタラーゼとCa2+-ATPaseの密度マップには、アミノ酸側鎖、金属イオン(カタラーゼではヘム中心の鉄原子、Ca2+-ATPaseでは2つのカルシウム原子)、水分子を明瞭に解像することができた。電子顕微鏡では試料ホルダーの構造及び試料形態の制限から、試料を約±60°までしか傾斜できない。今回用いた回折データは全回折点の70%程度であったが、得られたクーロンポテンシャルマップでは、ミッシングコーンの影響は少なく深刻な問題とはならないことが分かった。以上から、当初計画した以上に順調に解析が進んでいると考える。重原子置換体の解析を進め、位相情報の取得が可能性を確認する。さらに、より高傾斜のデータ測定が可能になるよう新型試料ホルダーの開発、試料サポート検討を進めていく。新規試料結晶からの回折データの取得も並行し、非常に薄い結晶から構造解析可を行う汎用性の高い技術としても確立する。X線と比較して荷電粒子である電子の散乱因子は、電荷を持つ場合、特に低角側で大きく異なる。従って、この領域のデータを含めた密度マップと含めないものを比較することで、電荷の分布を解析できる可能性が指摘されている(1, 2)。