hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MR拡散テンソル画像からの脳内神経束走行抽出とその3次元構成

この研究は、拡散強調MRIによる拡散テンソル画像群から、脳内白質神経繊維束走行の3次元構造を抽出して可視化することを目的としている。平成11年度は、拡散強調MR画像データの計測と交換手順を整備し、神経繊維束が太く検出の比較的容易な視放線部分を対象として、その3次元表示を実現した。すなわち、拡散テンソル楕円の主軸(固有値)と不等方度(FA)を表す画像をもちいて、固有値やFAの大きさと近傍画素との内積の閾値処理を基本にした神経束の強調手法を開発した。平成12年度は、前年度の成果にもとづいてより頑健で精密な神経束抽出手法の確立をめざし、拡散テンソル場にポテンシャルフィールドの概念を導入した。すなわち、テンソル場における注目ボクセルとその周囲のボクセルの間に等価的相互距離を定義(リーマン空間)して、この距離に基づいた測地線連結処理によって神経束を抽出する方法である。この結果を用いれば、脳の機能結合度を定量的に解析することが可能になる。さらに、神経束分布の対称性を評価する方法を考案した。脳の神経束分布は大局的には対称であるが、詳しく観ると各種の左右差があり、この非対称性を定量化すれば、脳機能や性差あるいは病変の指標となる可能性がある。本研究では、3次元T2強調MR脳画像から理想的な大局的対称軸面を検出するアルゴリズムを開発し、この対称軸面に対するMR拡散テンソルと神経束分布の非対称度を測定する手法を示した。この研究は、拡散強調MRIによる拡散テンソル画像群から、脳内神経繊維束走行の3次元構造を抽出して可視化することを目的としている。平成11年度は、まず、拡散強調MR画像データの計測と交換手順を整備し、神経繊維束が太く検出の容易な視放線部分を当面の対象として抽出手法を開発した。神経束抽出アルゴリズムとして、拡散テンソルの固有値の大きさ離心率、方向性の3要素を使って、神経束の存在、向き、連結性を導き出して、神経束走行を3次元的に再構成する手法を開発した。すなわち、第1固有値と離心率のヒストグラムから神経束対応領域を選び、つぎに、近傍ボクセルと主軸ベクトルの内積(2項関係)を類似度として連結領域を取り出す。そして、抽出した3次元的な神経走行をモデル化して、可視化した。この成果は電子情報通信学会の論文誌に投稿した。この手法の頑健性や解剖学的所見との検証および脳梁などへの適用は次年度の課題である。平成11年度は、拡散強調MR画像データの計測と交換手順を整備し、神経繊維束が太く検出の比較的容易な視放線部分を対象として、閾値処理を基本にした神経束の強調手法を開発し3次元表示した。すなわち、テンソル場における注目ボクセルとその周囲のボクセルの間に等価的相互距離を定義して、この距離に基づいた連結処理によって神経束を抽出する方法である。つぎに、神経束分布の対称性を評価する方法を検討した。脳の神経束分布は大局的には対称であるが、詳しく観ると各種の左右差があり、この非対称性を定量化できれば、脳機能や性差あるいは病変の指標となる可能性がある。本研究では、3次元MR脳画像から理想的な大局的対称面を検出するアルゴリズムを開発し、この対称面に対するMR拡散テンソルと神経束分布の非対称度を測定する手法を考案した。
ファンデルワールス超構造の量子物性開拓

物質をわずか一層にまで薄くした際に発現する物性や機能の開拓に取り組む。特に、グラフェンに代表される2次元物質のエピタキシャル成長を通して、劈開が困難な物質の単層化や、天然には存在しない組成や構造を持つ新奇量子物質の人工合成を実現すると共に、電界効果ドーピングによる電子相制御と新奇デバイス機能の開拓に取り組む。さらに、異なる2次元物質を積層させたファンデルワールス超構造を構築し、電子の個々としての性質であるスピンやバレー、あるいは波動関数のトポロジーといった量子力学的な特徴と、電子の集団としての性質である超伝導や磁性などの強相関物性を融合させることで、単一物質では得られない物性や機能を創出する。
海面上昇による環日本海沿岸域の海岸浸食とその防御に関する研究

環日本海沿岸諸国の中で、我が国と韓国は,海岸線付近に基幹産業や大都市が存在する形態となっている。したがって津波や高潮などの海岸災害に見舞われた場合,これらの沿岸域が氾濫域となり多数の住民が災害の被災者となる可能性が高い。とくに近年,顕在化している地球の温暖化とそれによって起こると予想される海面上昇に関す問題は,これらの地域に居住する人々にとりきわめて深刻な問題となることが予想される.本研究は,この海面上昇と,それに伴う諸現象とくに海岸侵食問題を日本海に面した鳥取大学と韓国海洋大学校(釜山市)との研究者が学術交流協定に基づき共同して調査研究し,日本海における長期的な海面上昇とそれに伴う海岸侵食ならびにその防止法について検討するものである。平成7年度は日本および韓国の日本海(韓国では東海といわれている)沿岸域における潮位記録を収集するとともに,長くて週去30年にわたる海水準変動の長期変動について分析した。次に,長期的海面変動による海浜断面の応答モデルを誘導した。平成8年度は高潮(Storm Surge)などの比較的短期の海面変動による海浜断面の応答モデルについて実験的ならびに解析的に検討した.平成9年度は,海浜断面の変化が海水面の長期変動と短期変動が重畳して生じるものであるので,これらの両者による海浜断面の応答モデルの統合化を図った。本研究において蓄積してきた海浜断面変化に関する実験データと数値モデルの予測結果を比較検討し,数値モデルの適用性および予測信頼度を評価した.最後に,ケーススタディとして,日本海沿岸の数地点における海面変動による地形変化量を求めた.環日本海沿岸諸国の中で、我が国と韓国は,海岸線付近に基幹産業や大都市が存在する形態となっている。本研究において蓄積してきた海浜断面変化に関する実験データと数値モデルの予測結果を比較検討し,数値モデルの適用性および予測信頼度を評価した.最後に,ケーススタディとして,日本海沿岸の数地点における海面変動による地形変化量を求めた.本年度は,海面水位変動の長期的変動解析ならびに海面変動による海底地形変化特性について検討した.まず,海水面の長期変動について,我が国の日本海沿岸(32ヶ所)ならびに韓国東海沿岸(21ヶ所)における長期的な水面変動について実測された検潮データをもとに解析し検討した.それぞれの地点において実測された潮位データから長期的変動を捉えるため,月平均の変動について検討し,さらに,月平均値の時系列から12カ月の移動平均をとって,直線回帰によって,各地点における1年間当たりの海水面上昇高を求め,地区別に検討した.つぎに,海水面上昇が地形変化に及ぼす影響について,水位上昇が地形変化に及ぼす影響について把握するための基礎的な実験を行った.沿岸漂砂は考慮せず,岸沖漂砂のみを考えた縦断地形変化について検討した.断面2次元波動水槽内に,勾配1/10の海底地形を作成し,規則波の作用下で行った.一様勾配断面から平衡断面になるまで波を作用させ,さらに,その断面を初期断面として,水位を変化させた時の地形変化と波浪特性の変化について調べた.得られた結果から,波浪特性,水位の上昇量および汀線変化量との関係について検討した.以上のことから得られた知見は,日本海沿岸部ならびに韓国沿岸における海面上昇率は,場所によって異なり,下降傾向の所もあるが,全体的に海面は上昇傾向にあること,室内実験によって,水位の上昇が波浪ならびに地形変化に及ぼす影響について検討した結果,汀線は水位の上昇による静的後退のみならず,波浪による影響も大きく,水位の上昇量と汀線後退量との関係が明らかとなったことである.今後は,水面変動と気象および海象との関係について詳細に検討し,海水面上昇の原因について検討するとともに,水位上昇に伴って発生する海岸侵食の数理モデルの構築をめざす.研究概要:高潮時の水位を段階的に変化させ、水位上昇量とその持続時間および波浪特性が海岸侵食・回復過程に及ぼす影響を実験的に検討した.さらに、Kriebelの方法を修正した汀線後退量算定式を新たに導き、模型実験結果と比較することによって理論式の検証を行った.研究内容:高潮来襲時の海浜地形変化に関する模型実験:断面2次元波動水槽において、侵食型の波浪条件下で水位を3段階で上昇させ、その後再び段階的に水位を元に戻し高潮来襲過程を再現した.続いて平常時の波を8時間作用させ、高潮時と平常時の組み合わせで1サイクルとし、各実験で2サイクルづつ行った.

高潮による最大水位上昇量は5cmおよび10cmの2種類とした.波浪作用時の海底地形は光学式砂面計で測定した・汀線後退量算定式の誘導:Kriebelは、高潮時における汀線後退量R(t)を平衡断面時の後退量R∞と海浜変形速度を表す時間パラメータと高潮持続時間との比である海浜反応パラメータβの関数で仮定したが、実際には砕波帯外にも砂は移動することから、本研究では、R_∞を佐藤らの完全移動限界水深までの断面諸量を参照して、汀線後退量算定式を導いた.本算定式を用いて高潮時の汀線変化を計算した結果と実験結果を比較した.この結果から実験結果と理論値はほぼ一致していることが確認された.主要な結論:1)高潮来襲時の汀線後退量は、高潮水位よりも高潮の持続時間による影響が卓越することがわかった.2)平常時の海浜回復の程度は高潮時に形成された地形と平常時の波との相互作用によって決定されると考えられる.3)本研究で誘導した高潮時の汀線後退量算定式は実験値とほぼ一致することがわかった.環日本海沿岸諸国の中で、我が国と韓国は,海岸線付近に基幹産業や大都市が存在する形態となっている.したがって津波や高潮などの海岸災害に見舞われた場合,これらの沿岸域が氾濫域となり多数の住民が災害の被災者となる可能性が高い.とくに近年,顕在化している地球の温暖化とそれによって起こると予想される海面上昇に関する問題は,これらの地域に居住する人々にとりきわめて深刻な問題となることが予想される.本研究は,この海面上昇と,それに伴う諸現象とくに海岸侵食問題を日本海に面した鳥取大学と韓国海洋大学校(釜山市)との研究者が学術交流協定に基づき共同して調査研究し,日本海における長期的な海面上昇とそれに伴う海岸侵食ならびにその防止法について検討するものである。平成7年度は日本および韓国の日本海(韓国では東海といわれている)沿岸域における潮位記録を収集するとともに,長くて過去30年にわたる海水準変動の長期変動について分析した.次に,長期的海面変動による海浜断面の応答モデルを誘導した.平成8年度は高潮(Storm Surge)などの比較的短期の海面変動による海浜断面の応答モデルについて実験的ならびに解析的に検討した.平成9年度は,海浜断面の変化が海水面の長期変動と短期変動が重畳して生じるものであるので,これらの両者による海浜断面の応答モデルの統合化を図った.本研究において蓄積してきた海浜断面変化に関する実験データと数値モデルの予測結果を比較検討し,数値モデルの適用性および予測信頼度を評価した.最後に,ケーススタディとして,日本海沿岸の数地点における海面変動による地形変化量を求めた.
心肺移植後の拒絶の非侵襲的な診断法の開発

〈目的〉ラット左室workingモデルを用い、心移植後の急性拒絶反応及びその回復過程での心筋ベータ受容体の量や局在の変化をautoradiographyを用いて検討する。〈方法〉雄のFisherおよびLewis ratを用い、working modelによるF-Lモデル、F-L (+CsA (10mg/kg))モデルを作成した。F-L : 7d, 14d、F-L(+CsA) : 7d, 14d、21d, 1m, 2mの時点で、グラフトを採取後、18μmの凍結切片を作製し、1nMの3H-CGP12177とともにincubationした。乾燥後、標本をのせたカバーガラスをimaging plateに5日間contactさせ、画像化し、左室と右室を含む横断面を心尖部、中央、心基部に分けて、各部位で解析し、また病理標本と対比し検討した。病理標本の拒絶反応の程度はBillinghamの分類に基づいて検討した。〈結果〉全経過を通してRecipient心は部位別の変化に乏しく、ベータ受容体の量にも大きな変化がなかったが、Donor心は拒絶反応の影響が大きく、拒絶が高度になるにつれて、ベータ受容体の量のバラツキが著明となり、量の減少が見られた。また、部位別では、いずれの時期でも、ベータ受容体の量は、左室内壁で多く、次に左室外壁、心室中隔、右室内壁、右室外壁の順であった。これらのことから、ベース受容体の量、局在の変化は、拒絶反応を反映し、部位別の差異は、このモデルの特異性を示していると考えられた。従来行われてきた移植心から膜分画を作製し、それを定量化する方法は、臨床的には侵襲的であり、また、拒絶に伴う受容体の局在の変化を考慮せず、心筋全体の受容体量の変化を見ているに過ぎない。そこで我々は、心移植後の心筋β受容体を[^<11>C]-CGP 12177を用いて非侵襲的にPETで画像化し、それを拒絶反応の早期診断とその後の経過観察に利用することを目的とした。その基礎実験として[^3H]-CGP 12177を用いたautoraoiographyで、イメージングプレート(IP)上にβ受容体量(密度)や局在の変化を画像化した。Prop、或はLee法に準じたラット心肺移植モデルを作成し、CsA(-)群、及びモデル作製後、5日目よりFK-506を連日投与した群に分け、in vivoで移植心を摘出、凍結切片を作製後、IPと5日間コンタクトした。心筋が変性、或は、脱落壊死となった場合、心筋β受容体の減少に伴い、一部か広範囲にわたるlow density area(LDA)が認められ、これが急性拒絶反応の診断の手がかりとなり得た。拒絶反応がgrade2,3の心筋β受容体は、up regulationによるhigh density area(HDA)とLDAとが交じりあったpatchyな画像を呈した。gradelであっても、当然あるはずのup regulationが認められない、或はそれに伴いβ受容体の不均一分布がある場合には、早期の拒絶反応の診断が可能と思われた。以上の様に、心移植後の心筋β受容体と拒絶反応の進行様式との間には密接な関係があり、移植早期で心筋β受容体を画像化することにより、急性拒絶反応の早期診断が可能と思われる。次年度は、各種免疫抑制剤の投与など拒絶反応の治療に伴いdown regulation、LDAを示したreversibleな心筋がどのような経過をたどるかについて、追跡研究を続け、また、[^<11>C]-CGP 12177を合成後、大型動物を用いてPETでの画像化をする予定である。

LewisおよびFisher ratsを用い、Ono-Lindsey法に準じて、F-L (allografts), F-L (+CsA)モデルを作成した。この際、ドナー心は左心室圧負荷モデル(近江法)とした。4、7、14、21、28、56日でサンプリングと同時に凍結し、18μmの凍結切片を作成した後、「3H]-CGP12177でincubationし、IP(イメージングプレート)とコンタクトし、BAS3000を用いて画像化した。その画像からベータ受容体の定量、局在の変化を解析し、病理標本と比較検討した。ベータ受容体の分布は、レシピエント心ではF-L、F-L(+CsA)群ともに、部位別の変化や時期での変化に乏しかったが、ドナー心では両群ともに変化に富んでいた。移植後4日目の標本では、除神経によるup-regulationや軽度の拒絶反応を反映したベータ受容体の増加、部位別のバラツキが見られた。受容体の増加は、7日目まで見られ、以後は次第に減少した。また、拒絶反応が、強くなる程、ベータ受容体の減少、部位別のバラツキが著明となったが、いづれの標本でも、部位別には、左室、中隔、右室の順に受容体数が多かった。また、新しく、マクロファージのligandを用い、同様の手法で拒絶の診断のための実験を始めている。
嚢胞腎遺伝子産物Polycystin-2の分子電気生理学的機能解析

研究代表者らは、PKD1の遺伝子産物Polycystin-1の機能測定系を確立した。この系は、全長ないし部分的なPKD1のcDNAを発現させ、神経細胞のCaおよびKチャンネルをセンサーとして利用して、種々の刺激などの影響を観るものである。この系を用いて、Polycystin-1がG(i/o)タイプのG蛋白を活性化させる機能があることを明らかにした。この効果はRGS蛋白には依存しなかった。さらに、Polycystin-2の全長cDNAを共発現させると、Polystin-1のG蛋白活性効果が消失することが明らかとなった。これらの結果は、通常複合体を形成しているPolycystin-1とPolycystin-2の何れかの遺伝子の異常により、G蛋白が活化されて細胞の分裂を促し、嚢胞が形成されていることを強く示唆している。また、PKD2と相同性の高いPKDLの遺伝子産物Polycystin-Lの生体内での局在を、抗Polycystin-L作成して検討した。さらに、PKDLをHEK293細胞に発現させた。抗PCL抗体を用いた免疫染色にて、PCLは細胞膜表面に存在することが明らかとなり、またパッチクランプ法によりPCLには、自発活性が認められた。Na+、Cs+、K+のイオン透過性は1.1:1:1.2であり、PCLは、カルシウム透過型非選択的カチオンチャンネルであることが明らかとなった。また外液のカルシウムにより、コンダクタンスの減少が認められた。HEK細胞を用いた系では、Xenopus oocytesを用いた以前の報告で認められた、カルシウムによるチャンネルの活性化は認められなかった。多発性嚢胞腎の原因遺伝子として、現在までにPKD1とPKD2がクローニングされている。本研究代表者は、1998年にPKD2と71%の相同性をもつPKDLをクローニングした。その後1999年には本研究代表者らにより、PKDLのコードする蛋白であるポリシスチンLが、カルシウム透過性非選択的カチオンチャンネルであることがパッチクランプ法により証明された。そこで本研究では、ポリシスチンLの機能をさらに詳細に解析する目的で、PKDL cDNAの全長をHEK細胞に発現させ、Fura2を用いた細胞内カルシウム測定によるチャンネル活性の測定系の確立を試みた。現在のところ、PKDLを発現させた細胞の細胞内カルシウム濃度の変化は小さく、引き続き条件を変えて測定すると同時に、パッチクランプ法を用いた測定をとの対比を行っている。またPKDLはカルシウム結合構造であるEF handを有しており、これがチャンネル機能に重要な役割を果たすとの予測から、この部位に変異を入れて野性型と比較した。さらには、ポリシスチンLの細胞内での局在を調べるため、抗体を用いた染色を行っている。2000年には、PKD1とPKD2の共発現によりPKD2のコードする蛋白であるポリシスチン2のチャンネル活性が証明されたので。今後ポリシスチン2の機能解析を行い、PKD1、PKD2の異常によりいかにして嚢胞ができるかという疑問を、チャンネル活性の観点から調べる計画である。
高層鋼構造建物のＰＣａ外壁を地震時倒壊限界まで脱落防止する技術への挑戦

高層建物にはロッキング形式のPCaカーテンウォールがよく用いられる.構造骨組が倒壊に至ると考えられる1/51/3程度の層間変形角までのPCa外壁の挙動を再現する実験を実施した.構面方向ではファスナーの圧壊によりパネルの角部が衝突して落下すること,構面外変形ではファスナーの曲げ変形により追従することを確認した.パネルの挙動を算定する計算方法を提案し,実験と比較して妥当な精度であることを確認し,変位追従性能の限界と限界後の挙動の予測法を提示し,脱落を防止する技術の構築に資する成果を得た.1年目は,現行の高層建物に使用されるPCaカーテンウォールの変位追従機構について,PCaパネル製造メーカーから情報を収集して広く普及している典型的な取付工法を把握し,また複数の工事現場にて実工事の取付状況について情報収集を行った.この結果に基づき,ロッキング形式の変位追従機構を有するPCaカーテンウォールの構面方向の変形を対象に,変位追従性能の限界と限界後の損傷および脱落に至る過程を検証するための実験を行った.建物の倒壊限界とPCaパネルの脱落限界の関係を明らかにするため最大層間変形1/5までの鉄骨骨組の変形を再現する載荷フレームを用意し,これに横2枚×縦3層の計6枚のパネルを取り付けた試験体により損傷過程を調べた.その結果,変位追従限界の到達,ファスナーのパネル定着部の損傷,パネル同士の接触によるパネルの部分的な破壊と落下が発生し,各損傷の発生時期と層間変形角の関係を定量的に明らかにした.この結果から取付寸法の異なる様々なPCaパネルについて損傷発生を予測する手法を提示した.最終年度となる2年目は,ロッキング形式のPCaカーテンウォールのパネルに対して面外方向に建物の水平変位が生じたときの変位追従性能について検討を行った.建物骨組の柱の変形により面外方向の層間変位が生じたとき,ファスナー部の変形と損傷を計算により予測し,一般的に振れ止めの山形鋼の面外変形による塑性化が生じることを明らかにした.この分析に基づき,1年目の実験と同じ寸法のパネルに対して面外方向の載荷実験を行い,最大層間変形1/3までの鉄骨骨組の変形を再現してファスナーの損傷を調査した.また層間変形角とファスナーの変形の関係について理論計算と実験値が整合する事を確認した.また,層間変形角1/3までの大変形に対しても,パネル取付部は,破断や抜け出しが生じることなく,骨組に緊結された状態を維持できることを確認した.高層建物にはロッキング形式のPCaカーテンウォールがよく用いられる.構造骨組が倒壊に至ると考えられる1/51/3程度の層間変形角までのPCa外壁の挙動を再現する実験を実施した.構面方向ではファスナーの圧壊によりパネルの角部が衝突して落下すること,構面外変形ではファスナーの曲げ変形により追従することを確認した.パネルの挙動を算定する計算方法を提案し,実験と比較して妥当な精度であることを確認し,変位追従性能の限界と限界後の挙動の予測法を提示し,脱落を防止する技術の構築に資する成果を得た.強震動予測技術の進歩により現行の耐震基準を上回る極大地震の発生が予測されており,特に長周期成分が卓越する地震動では高層建物の応答が大きくなる.特に上町断層帯地震のようにパルス性の強い直下型地震では主体構造の重大な損傷や倒壊の危険性が指摘されている.最近の予測地震動を用いた高層建物の地震応答解析に関する研究を照査分析した結果,最大層間変形角が1/25程度以上の大きさとなることを確認した.また一方でPCaカーテンウォールの変形追従性能について,これを確認した既往の実証実験を照査分析したところ層間変形角1/40まで脱落せずに追従することを確認した事例があるが,それ以上の変形角に対する性能は確認されておらず,脱落の限界が明らかにされていないことを確認した.現行の高層建物に使用されるPCaカーテンウォールの変形追従機構について,PCaパネル製造メーカーから情報を収集して広く普及している典型的な取付工法を把握し,また複数の工事現場にて実工事の取付状況について情報収集を行った.この結果に基づき,ロッキング形式の変形追従機構を有するPCaカーテンウォールの構面方向の変形を対象に,変形追従性能の限界と限界後の損傷および脱落に至る過程を検証するための実験を行った.建物の倒壊限界とPCaパネルの脱落限界の関係を明らかにするため最大層間変形1/5までの鉄骨骨組の変形を再現する載荷フレームを用意し,これに横2枚×縦3層の計6枚のパネルを取り付けた試験体により損傷過程を調べた.その結果,変形追従限界の到達,ファスナーのパネル定着部の損傷,パネル同士の接触によるパネルの部分的な破壊と落下が発生し,各損傷の発生時期と層間変形角の関係を定量的に明らかにした.この結果から寸法の異なる様々なPCaパネルについて損傷発生を予測する手法を提示した.今年度の研究計画では,対象とすべきPCaカーテンウォールの変形追従形式,性能を検証すべき変形の種類とその大きさ,実大実験による破壊現象と変形限界の把握を目的に掲げており,実大のPCaカーテンウォールの載荷実験を実施してこれらの点を明らかにした.本実験で検証した取付方法について,当初の目標に掲げた成果を得ることができた.また,本実験で対象とした2種類の取付ファスナーの配置は,上部に振れ止め,下部に荷重受けとしたが,実験結果の分析に基づくと,上下が逆の配置の場合にはファスナーが損傷を受けた後のパネルの挙動および脱落の限界が本実験とは異なることが予想される結果となった.

このように実験対象に対する限界状態を明らかにすると共に,異なる損傷形式の可能性も同時に明らかにする成果を得ており,当初の計画以上に新たな知見を得ることに成功していると評価できる.今年度は当初計画の目標を達成し,それ以上の成果も挙げることができたため研究経費には若干の余裕ができてこれを次年度使用額に計上した.今年度はパネルの構面方向変形に対する性能限界を対象に実験を実施したが,次年度は,構面外方向および構面方向と構面外方向の変形を同時に受ける場合を対象とする計画である.このような条件で損傷限界,脱落の可能性が高い条件を分析することにより実験で明らかにすべき内容を検討し,その結果から実験方法を決定する.その結果に基づいて,載荷装置ならびに試験体の詳細を設計し,実験実施を検討する予定である.これらの実験的な検証を必要とする条件の分析には文献資料の収集や高度な数値解析が必要であると予想される.特に今年度の結果から,ファスナー配置の条件により多様な損傷形態の可能性が明らかになったため,この分析に多くの資源が必要となる見込みである.次年度の研究内容は,PCaカーテンウォールの構面外変形に関する資料の収集と分析,構面外変形および構面外と構面内の変形を同時に受ける場合の挙動予測のための理論的および解析的分析,損傷限界および脱落限界の予測,予測結果に基づく実験方法の検討を行う.様々な取付方法の違いにより損傷形態が異なることが今年度の実験と分析から新たに明らかになったため,これを次年度の検討項目に追加する必要があり,次年度研究費にこれを充てる予定である.それらの結果に基づいて試験体,載荷装置の設計を行い,載荷実験を実施する予定である.
多心型シティリージョンの持続可能性ESDPに呼応した欧州都市動向分析

ESDPでは、環境・経済・社会を統合した持続可能性を高めるために、多心性に注目している。本研究では、ロスプダ渓谷論争の経緯を調査分析し、欧州全体において多心型を指向することと、地域における環境と経済の両立が、とくに欧州の周縁部において困難になっていることを示し、持続可能性に不均衡が生じることを指摘した。また、カタルニア州(スペイン)で近年導入された地域整備計画体系を多心型シティリージョン戦略の側面から分析し、コンパクトな中小都市がネットワークしている構造が競争力として位置付けられているケースとして考察した。本研究は、「シティリージョン単位において経済競争力の面のみを評価すると、必ずしも多心型ネットワーク構造のほうが単心型より優位だとはいえないが、直面する人口減少や気候変動の影響を考慮して環境・経済・社会を統合した持続可能性で判断すると、多心型が優位といえる」という認識を、文献レビューを通してまず確認することが目的であった。分析した結果、時代的な推移が明らかになった。すなわち、単心型で巨大化する都市の弊害に直面し、多心型を指向するようになり、そのメリットを探す傾向が見られ、多様な価値軸で評価が試みられるようになった。他方、近年、ネットワーク型ガバナンスが現実のものとなるや、その問題点を指摘する論文が増える傾向にあることがわかった。また、中東欧都市・地域調査を実施したところ、西側に比べて競争力の劣る中東欧地域では、地域空間構造として多心型が単心型かを選択する状況にあるわけではなく、欧州ネットワークに組み込まれていくことは不可避ななかで、広域化した地域のひとつのセンターとなる戦略を持たざるを得ない現実がわかった。1年目に相当した昨年度の研究結果から、一概に多心型シティリージョンが優れているといえず、それぞれの地域や都市の風土によることが見えてきた。そこで今年度は、ローマ植民都市に遡って中小都市がネットワークする地域構造を持つ地中海地域の都市を調査したところ、今日も観光産業の比重が高いこともあって、特定の都市が巨大化することよりも多心型シティリージョンが支持されていることがわかった。また、中小都市の多いアルプス地域で、国境を越えたシティリージョン戦略が展開され、競争力強化と併せて気候変動緩和にも取り組んでいることに着目し、キーパーソンを招いて日本の小規模都市で経験の共有をはかった。物理的なネットワーク構造と情報化社会に呼応した都市間のフレキシブルな水平ネットワークが表裏一体の関係にある状況がわかってきた。地域空間構造の持続可能性を評価するには、地理的対応を離れたネットワーク構造も大切であることがわかった。1年目では、欧州において、ESDP(1999)で提唱された多心型シティリージョンが、経済競争力の観点のみならず環境・経済・社会を統合した持続可能性で判断し、支持されていることが明らかになった。半面、比較優位にある都市や地域が多心型シティリージョンの恩恵を受けやすく、競争力の劣る中東欧都市・地域に急激なインフラ整備と環境保全の両立に腐心するなどその歪みが見られた。2年目では、中小都市がネットワークする美しい景観が観光産業の基盤となっている地中海地域やアルプス地域において、特定の都市が巨大化することを回避し多心型シティリージョンという地域空間構造自体を資産ととらえる考え方と地域整備計画など実際の政策への適用とその運用について具体的に明らかにした。最終年である本年度は、2年問で得られた知見を総合し、(1)人口減少や気候変動など統合的な視点を取り入れてはじめて多心型シティリージョンと持続可能性が結びつくこと、(2)発展段階や地理条件などにより、欧州内で持続可能性に不均衡が生じることなどを考察結果として得た。カタルニア州やアルプス地域の地域空間マネジメントの制度を具体的に検討した結果、日本においても、多心型シティリージョンの中小都市がネットワークしている人口が定常状態にあったころからの都市システム自体を地域固有の資産として守ることが、人口減少・高齢化に振り回されない持続可能性を担保しうることが見えてきたことの意義は大きかった。さらには、広域アジア圏を見据えた空間戦略を構想するにあたり、地域レベルの多心型シティリージョンを基本単位としつつ、国・広域アジアレベルの多極分散型と重層させる大きな方向性が展望できたといえる。
心拍変動・身体加速度間の協働連関指標の発展と応用

自律神経活動と身体加速度間の協調性について、両時系列間の時差に着目している。日常自由行動化かつ非侵襲的方法で取得可能な独自の指標を用い協調性について具体的に数値化するとともに、阻害要因の探索を行っている。中でも、疲労・睡眠障害・うつ傾向等に重点を置き、指標との対比を行うだけでなく、生理指標との比較を行い、指標の確立に努める。また、シフトワーカ等自律神経の乱れやすい傾向にある健常者について、特に重点を置く。予備的実験を中心に心拍変動データ及び身体活動量と発汗量、睡眠時のSpO2の取得を行った。両時系列間の対比を行うとともに、それぞれに関連するアンケート結果との比較を行った。心拍変動データのうち高周波成分(HF)と低周波成分(LF)に着目し、それらから交感神経活動(LF/HF)及び副交感神経活動(HF/(HF+LF))を得た。また、これら得られた自律神経活動と身体活動との間で交差相関を行い、両時系列間のlagに着目した。両時系列間のlagがみられない比率を%Lag0と定義し、身体活動と自律神経活動の協調性の指標とした。研究代表者の過去の研究より%Lag0は加齢により有意に減少することを発見しているため、得られているデータを高齢群(60歳以上)と若年群(2059歳)に分けた。若年群においては就寝前の%Lag0が交感神経活動、副交感神経活動ともに疲労を訴える群において有意に低下した(p<0.05)。さらに質問項目ごとに区切ると、朝に疲労が残ると訴える群で特に有意な減少(p<0.01)を示した。一方では、高齢群において、疲労との相関は見られなかった。睡眠時のSpO2についても%Lag0との検定を行ったが、今回有意な結果を得ることができなかった。また就寝前及び起床後の唾液の採取を行った。得られた唾液についてELISAを行いchromogranin Aの測定を行った。疲労群で高齢群、若年群ともに朝の数値が減少する傾向がみられた。また神経症傾向を訴える群でも同様の結果となった。一方で就寝前の値については差がみられなかった。取得データ数は目標に到達しなかったが、過去のデータで不足していた若年群の男性のデータについて蓄積ができ解析が順調に進んでいるため。データ取得数を増やし、さらに解析を進める計画である。被験者として学生を募集し、被験当日のストレス状況を経時的かつ主観的に記録してもらうことで、より%Lag0とストレスや疲労等の関連を詳細に検討する。
八丈島で発生した群発地震に伴う長周期振動の解析と類似現象の探査

[目的]:八丈島の群発地震活動に伴って観測されたおよそ10秒の振動周期をもつ超長周期地震の発生プロセスの解明を行うとともに、他の火山の群発地震活動に伴い類似の現象が発生していたかどうかの探査を進め、超長周期地震とマグマ貫入プロセスと関連性を解明することが本研究の目的である。[実施内容]:八丈島の超長周期地震のスペクトル解析から求めた周波数および減衰を表すQ値の時間変動を、クラックモデルを用いて定量的な解釈を行った。さらに2004年9月から始まった浅間山の噴火に伴う広帯域地震データの解析を行い、超長周期地震の探査を行った。[成果と効果]:八丈島の超長周期地震の活動初期には、周波数およびQ値の系統的な時間変化が見出された。クラックモデルを用いて解釈を試みた結果、これらの時間変動はマグマを含むクラック(ダイク)の長さ、幅および厚さが徐々に増加することにより説明できることが分かった。これは群発地震に伴って起こったマグマの貫入のプロセスに対応すると解釈できる。周波数とQ値はこの系統的な変化の後、およそ半年にわたってほぼ一定の値をとっており、溶けたマグマが長期にわたって存在していたことを示している。このような長期にわたって溶けたマグマが存在するためには、ダイク内でマグマの対流が必要であることがわかった。一方浅間山では、データ解析を行った噴火後においては同様のシグナルを検出することはできなかった。しかしながら、噴火前に超長周期地震が観測されたことが他のグループによって報告されており、超長周期地震がマグマ移動に伴う一般的な現象であることが示唆できる。[目的]:八丈島の群発地震活動に伴って観測されたおよそ10秒の振動周期をもつ超長周期地震の発生プロセスの解明を行うとともに、類似の現象が他の火山の群発地震活動にともなって発生していなかったかどうかについての探査を進め、超長周期地震とマグマ貫入プロセスと関連性を解明する。[実施内容]:波形インバージョンなどによる解析から、超長周期地震波は八丈島の下に貫入したダイクの振動により発生していた可能性が示されていた。本研究ではF-net八丈島観測点の広帯域地震計によるデータを用いて、その振動波形のスペクトル解析を系統的に行った。[成果と効果]:この振動波形には2つの明瞭なスペクトルピークが見られた。これらそれぞれのピークの周波数と減衰を表すQ値を、スペクトル解析法の一つである存否法により決定した。その結果、2つピークとも、超長周期地震の活動の初期に周波数およびQ値とも系統的に変化し、その後ほぼ一定の値をとっていた。活動初期の周波数およびQ値の系統的な変化は、マグマダイクの形成プロセスと関連していると推定できる。またその後周波数およびQ値がほぼ一定となっていることから、溶けたマグマに満たされたダイクがその特性を大きく変化させることなく、安定して長期にわたって存在していたことを示している。超長周期地震の波形解析により、マグマダイクの特性変化についての情報が得られることを本研究の結果は示している。
ヒトヘルペスウイルス6B新規細胞侵入レセプターの探索

ヒトヘルペスウイルス6B(HHV-6B)は、乳幼児の突発性発疹の原因ウイルスである。HHV-6BはT細胞表面に発現するCD134を介して細胞内に侵入し増殖するため、T細胞親和性ウイルスとして知られている。しかしながら、脳や肝臓、唾液腺などの細胞でもウイルスが検出されており、どのようにしてこれらに感染するかは不明である。本研究では、HHV-6Bの細胞侵入に関与する新たな分子を探索し、ウイルスがT細胞以外に感染する機序を明らかにする。
表面局所励起電子および基板励起電子の伝搬による半導体表面上の選択的エッチング過程

半導体の表面の加工を行うときに、光を照射させて特定の電子状態のみの励起で選択的な反応を引き起こして表面構造を制御できる可能性が有る。今後需要があると期待される原子レベルでの微細構造の生ずる反応機構、特に電子励起のエネルギー伝搬の観点から研究を行った。半導体加工で一般的なハロゲンを吸着したシリコン表面からのエッチング過程を光刺激脱離の直接計測によって実測した。ピコ秒程度の時間幅を持つ超短パルスレーザー光をハロゲン吸着シリコン表面に照射し、脱離などの表面の結合状態の変化を誘起した。その脱離効率の測定を行い、基板および表面の電子励起から脱離のエネルギーへの変換の過程に関して以下の事柄を明らかにした。-赤外線(λ=800[nm])を照射したときに基板の電子の励起で表面の構造が変化する事を明らかにした。-近紫外(λ=400[nm])のパルスレーザーを用いたときに生ずる脱離生成物の飛行時間を測定し、その分布から、励起電子が表面の原子の移動(構造変化ないし脱離)を誘起する過程が二つ有る事が判明した。また、脱離量の強度依存性が非線形で有った事から、これらの過程が多重励起で引き起こされる事を示唆した。-塩素吸着表面で近紫外(λ=400[nm])のパルスレーザーを照射したときには、脱離種はSiCl_2,SiClの2種類が有り、それぞれは表面のアドアトム及びレストアトムと呼ばれるサイトのシリコンに由来している事を示唆した。以上の実験結果を踏まえて、-真空内部の試料の位置制御を遠隔操作で精密に行えるようにし、超高真空槽にベリリウム窓を取り付け、基板の吸収端および表面吸着物の吸収端付近の波長でX線を照射した。内殻励起の光反応を誘起した脱離を計測したが、表面での局所的な励起の痕跡が無かった。断面積が小さい為に表面に強く化学吸着したハロゲンを効率良く脱離させる事は出来ない事が判明した。塩素を吸着したシリコン表面で、時間幅がpsecの超短パルスレーザー照射による脱離と表面の構造変化を調べた。脱離にはパルスカウント型超高感度質量分析気を用い、光照射から脱離生成物の検出に至る時間分布を得た。光強度依存性の結果から、多重励起で脱離が生じている事を明らかにした。下地シリコン結晶中の熱電子が表面で散乱して、表面吸着種の変位を引き起こしている事を示唆する。また、飛行時間分布の温度依存性から、脱離は非平衡状態で発現する現象であり、熱的に生じてはいない事を明らかにした。飛行時間分布は脱離種によって異なる過程が有った。これらの過程は表面の構造に対応していると解釈すると得られたデータを自然に解釈できる。即ち、光励起脱離現象のエネルギー伝搬過程は表面の局所構造によって特異的に起きている事を示唆する。nsecのパルスレーザーでは熱的平衡になるのと同程度の時間で光励起している為に、熱的現象と非平衡電子の現象とが区別できないが、本研究では原子の移動より早い時間の励起を瞬時に行う事によって電子選択的な過程が有る事を確認できた。また比較の為、高温で熱的エッチングも行った。塩素吸着シリコン(111)を600°C程度に加熱して、走査トンネル顕微鏡で実時間観察をした。その結果、初期には表面の荒さが原子レベルで増大すると同時に所々に点状の窪みが発生している事が分かった、この窪みには清浄表面とは異なるダングリングボンドがあることが光学測定で明らかとなった。この点状の窪みは拡散しながら融合し、大きなピットを生成し、この縁から清浄表面のDAS構造へと再構築されている事が分かった。
シリコンおよび窒素を添加したダイヤモンドライクカーボンの新規機能の発現と高機能化

ダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜は、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数、高化学的安定性、高生体親和性などの優れた特徴を有している。本研究では、従来のDLC薄膜に比べて機械的・電気的・光学的特性などが向上するシリコン(Si)および窒素(N)を添加したDLC薄膜の研究開発を行った。また、DLCの特性を更に向上させるための基礎的知見を得るために、構造、化学結合状態と膜特性との相関関係を調べた。その結果、DLC薄膜へのSiおよびNの共添加は機械的・電気的・光学的特性の向上に有効であることを実証した。本研究では、従来のDLC膜に比べて機械的特性、摩擦摩耗特性、熱的安定性、可視光透過性および電気的特性が飛躍的に向上するシリコン(Si)および窒素(N)を共添加した新規DLC(Si-N-DLC)膜の研究開発を行う。また、膜特性と組成・化学結合状態・構造との相関関係を詳細に調べることで、SiおよびNを共添加した新規DLC膜のもつ機能を最大限に発現させるための基礎的知見を得ることを目的とする。プラズマ化学気相成長(CVD)法やレーザーアブレーション法により作製条件を変化させてSi-N-DLC膜を作製し、化学結合状態・組成・構造と機械的・摩擦摩耗特性、電気・光学的特性との関連性を明らかにし、膜特性を向上させるための基礎的な知見を得る。N源として窒素ガスを用いたプラズマCVD法により作製したN-DLC膜を評価した結果、以下のことが明らかになった。N含有量の増加に伴い内部応力および光学ギャップは減少した。電気抵抗率は約1%以下の窒素添加により7桁減少することがわかった。P型SiとN-DLC膜によるヘテロ接合は整流特性を示すことを確認し、最適な窒素含有量において最も大きな整流比を示した。N源およびSi源として窒素ガスおよびメチルシランを用いたプラズマCVD法により作製したSi-N-DLC膜を評価した結果、以下のことが明らかになった。Si-N-DLC膜の密着性はSi-DLC膜に比べて高くなることがわかった。Si-N-DLC膜の光透過率はSi-DLC膜よりも高く、SiおよびN含有量の増加に伴い光透過率は増加した。またSi-N-DLC膜の電気抵抗率は高く絶縁体であることがわかった。これらの電気・光学的特性の結果はN-DLC膜とは対照的であり、Si-N-DLC膜中に優先的に形成されるSi-N結合によってこれらの結果を説明することができる。本研究の全体構想は、独自の実験事実に基づく革新プロセス技術を開拓することでSiとNを共添加したDLC(Si-N-DLC)を作製し、諸特性と組成・化学結合状態・構造との相関関係を明らかにすることで、Si-N-DLCの更なる高性能化を実現することである。第一の目的は、Si-N-DLCの機械的特性、摩擦摩耗特性およびそれらの熱的安定性の更なる向上である。第二の目的は、従来のDLCでは実現が困難であった高い誘電率、可視域での高い透明性、絶縁体から半導体までの幅広い電気抵抗率といった新たな電気・光学特性をSi-N-DLCに発現させることである。N源として窒素ガスを用いたプラズマCVD法により作製したN-DLC膜を評価し、N含有量の増加に伴い内部応力および光学ギャップが減少することを明らかにした。また、電気抵抗率は約1%以下の窒素添加により7桁減少した。N源およびSi源として窒素ガスおよびメチルシランを用いたプラズマCVD法により作製したSi-N-DLC膜を評価した結果、Si-N-DLC膜の密着性はSi-DLC膜に比べて高くなることがわかった。本年度は、第1の目的であるSi-N-DLC膜の機械的特性の向上および第2の目的であるか可視域での透明性の向上や幅広い電気抵抗率の制御に関して成果を上げることができた。以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。本研究では、従来のDLC膜に比べて機械的特性、摩擦摩耗特性、熱的安定性、可視光透過性および電気的特性が向上するシリコン(Si)および窒素(N)を共添加したDLC(Si-N-DLC)膜の研究開発を行う。また、膜特性と組成・化学結合状態・構造との相関関係を詳細に調べることで、SiおよびNを共添加した新規DLC膜のもつ機能を最大限に発現させるための知見を得ることを目的とする。プラズマ化学気相成長(CVD)法やレーザーアブレーション法により作製条件を変化させてSi-N-DLC膜を作製し、化学結合状態・組成・構造と機械的・摩擦摩耗特性、電気・光学的特性との関連性を明らかにし、膜特性を向上させるための知見を得る。N源およびSi源としてそれぞれ窒素ガスおよびメチルシランを用いたプラズマCVD法により作製したSi-N-DLC膜を評価した結果、以下のことが明らかになった。Si-N-DLCのsp3結合はN-DLCと比べて大きく、Si添加は膜中の化学結合状態制御に効果的である。

特にNが関与する結合に関しては、Si添加によってsp2C=N結合が減少しsp3C-N結合が増加すること、N含有量の増加に伴いSi-C結合が減少しSi-N結合が増加することがわかった。Si-N-DLCの光学バンドギャップはN-DLCに比べて大きくなり、N含有量の増加と共に増加する。Si-N-DLC/p-Siヘテロ接合の電流電圧特性を測定した結果、良好な整流特性が得られなかった。そこで、Si-N-DLCを真空中で加熱した結果、Si-N-DLC/p-Siヘテロ接合はN-DLC/p-Siヘテロ接合の整流比に比べて大きな値を示し、良好な整流特性を示すことを見出した。一方、N-DLC/p-Siヘテロ接合ではアニールによる整流特性の改善がみられなかった。このことからSi添加がアニールによる改善効果に強く関係していると考えられる。本研究では、SiとNを共添加したDLC(Si-N-DLC)を作製し、諸特性と組成・化学結合状態・構造との相関関係を明らかにすることで、Si-N-DLCの更なる高性能化を実現することである。第一の目的は、Si-N-DLCの機械的・摩擦摩耗特性および熱的安定性の更なる向上である。第二の目的は、従来のDLCでは実現が困難であった高い誘電率、可視域での高い透明性、絶縁体から半導体までの幅広い電気的特性制御といった電気・光学的特性をSi-N-DLCに発現させることである。N源およびSi源としてそれぞれ窒素ガスおよびメチルシランを用いたプラズマCVD法により作製したSi-N-DLC膜を評価した結果、以下のことが明らかになった。Si-N-DLCのsp3結合はN-DLCと比べて大きく、Si添加は膜中の化学結合状態制御に効果的である。本年度は、第二の目的である電気・光学的特性の制御に関して成果を上げたことから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。本研究では、従来のダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜に比べて機械的特性、摩擦摩耗特性、熱的安定性、光学的特性および電気的特性が向上するシリコン(Si)および窒素(N)を共添加したDLC(Si-N-DLC)膜に関する研究開発を行った。また、膜特性と組成・化学結合状態・構造との相関関係を詳細に調べることで、Si-N-DLC膜がもつ機能を最大限に発現させるための知見を得ることを目的とした。窒素ガスおよびSi添加グラファイトターゲットを用いたレーザーアブレーション法により作製したSi-N-DLC膜を評価した結果、以下のことが明らかになった。
ホスト空洞の非対称性に基づくゲスト分子の精密配向制御と高性能人工酵素の創製

シクロデキストリン(CD)の官能化によって多くの人工酵素が創製されてきたが,その空洞に捕捉された基質は空洞のCn対称軸回りに自由回転し,基質と官能基の反応は偶発的なものである。従って,基質の配向を制御できるレセプターの開発とその官能化は挑戦に値する研究問題である。我々は,β-CDのグルコシドをそれぞれ1個及び位置選択的に2個,アルトロシドに変換することによってmono-及びdi-altro-β-CDを合成した。これらの新規CDは楕円形の空洞を持つが,平板状の基質を捕捉する時にはさらに楕円形に変型し、基質の配向制御を行えることを明らかにした。この特徴を利用して,mono-altro-β-CDでは2^A-及び3^Gの水酸基を,A,X-di-altro-β-CDでは2^A(X=B及びCの場合),2^D(X=D)の水酸基をスルホニル化することに成功した。これらのスルホニル化体から容易に導けるalloepoxideは官能化の優れた素材であり,現在,これらに官能基の導入することによって基質の配向を制御できる官能化CDの創製を行っている。一方,2^A,3^A-mannoepoxy-β-CDから2^A,3^A-alloepithio-β-CDを合成し,これから3^A,6^A-anhydro-β-CDの2^A-SH置換体(3)を合成することに成功した。一方2^A,3^A-epoxy-β-CDのエポキシドの求核開環反応によってmono-altro-β-CDの2^A-SH置換体(1)及び2^A-SH置換体(2)を合成した。これらのCDは楕円形に変型した空洞を持つのみならず異常に小さいpKa(1は7.8,2は8.2,3は9.6)を持つことを明らかにした。このSHを持つCDが,中性付近の水溶液中で、m-およびp-nitrophenyl acetateに対してβ-CDよりはるかに大きい加水分解活性を示すことを明らかにした。本研究では,環状オリゴ糖シクロデキストリンを構成するグルコースを選択的に非グルコース糖に変換することによって,シクロデキストリンとは異なった非対称的な空洞を持つ環状オリゴ糖ホストを合成し,包接したゲズト分子の自由回転を束縛し配向を精密に制御し,さらに,その知見を利用して,その環状オリゴ糖ホストに位置選択的に官能基を導入し,高性能人工酵素・レセプターを創製する.このためにゲスト分子の配向を規制できるホスト分子の候補の創製を行った.非グルコースであるアルトロース,2,3-アンヒドロマンノース,2、3-アンヒドロアロース,2,3-ジデオキシ-2,3-ジデヒドログルコース,マンノース,2',3-アンヒドロマルトースによって,シクロデキストリンの構成単位グルコース1個を置き換え,剛直あるいは柔軟,かつ非対称的に変形した空洞を持つ環状オリゴ糖を合成した.こうして合成した非対称空洞を持つ環状オリゴ糖が,水溶液中で包接したゲスト分子(naphthalenesulfonate、nitrobenzenesulfonate)の自由回転を束縛し,空洞内において一定の配向を強制できるかを500MHz NMRの解析によって検討した結果、アルトロースによってβ-シクロデキストリンの構成単位グルコース1個を置き換えた環状オリゴ糖(mono-altro-β-cyclodextrin)が配向を規制できることを発見した。

この環状オリゴ糖を構成する1個のアルトロース、6個のグルコースの水素は、その空洞に補足したゲストの芳香族部分の磁気異方性に基づく遮蔽あるいは反遮蔽効果を受けており、その結果に基づいて空洞内で芳香族部分が回転を束縛されていると結論した。これを次年度では化学反応として実証する。本研究では,シクロデキストリンから,それとは異なった非対称的な空洞を持つ環状オリゴ糖ホストを合成し,包接したゲスト分子の自由回転を束縛し配向を精密に制御し,さらに,その知見を利用して,その環状オリゴ糖ホストに位置選択的に官能基を導入し,高性能人工酵素・レセプターを創製する.前年度の研究ではゲスト分子の配向規制機能を持つホスト分子としてmono-altro-β-cyclodextrin(MACD:β-シクロデキストリンの構成単位グルコース1個をアルトロースで置換した環状オリゴ糖)を発見した。今年度では,その特徴を生かして,水中で塩化ナフタレンスルホニルを作用させ,27個のOHが反応する可能性があるにもかかわらず2^A-OH(主)と2^G-OH(副)のみを選択的にスルホニル化することに成功した。この結果は,反応が包接錯体を経由し,しかもゲストである塩化ナフタレン-2-スルホニルの配向が規制されていることを意味している。さらにそれらを2,3-エポキシドに導き,ベンジルメルカプタンによる開環反応,還元を経て,MACDの2^A-OH,3^G-OHおよびA,B-dialtro-β-cyclodextrin(A,B-DACD)の3^G-OHがそれぞれSH基に置換されたホスト分子を得た。また別法によってもMACDの3^A-SHを合成した。これらのSHは異常に低いpKaをしめし,中性付近で十分解離することから中性条件下で働く人工的なエステル加水分解触媒となりうると予想されるが現在研究中である。またDACDの位置異性体AB, AC, AD体をすべて合成し,包接によってゲスト分子の自由回転を疎外できるかを500MHzNMRによって検討した結果,十分に配向規制ができるとの知見を得た。今年度では,DACDの位置異性体AB,AC,AD体が平板状分子骨格の2-naphthalenesulfonate(Ns)をその空洞に捕捉し,自由回転を束縛し配向を規制することをNMRで明らかにし,この知見に基づき同じ分子形状のスルホニル化剤NsClを水中で異性体AB,AC,AD体それぞれに反応させ,それぞれから2^A-O,2^A-O,2^D-O-スルホニル化体を選択的に入手し,それぞれを2,3-alloepoxy体とした。これらを原料にしてSH基の導入を現在行っている。一方,2,3-mannoepoxy-βCDから立体反転を伴うepisulfide化に成功し2,3-alloepithio-β-CDを合成した。これを銀イオンで処理して2-OHがSHに置換したmono-3,6-anhydro-2-thio-βCD(3)を入手した。これら楕円に変形した空洞をもつホスト分子1,2,3のSHのpKaは,それぞれ7.8,8.2,9.6であることを明らかにした。通常のRSH(pKa 11-12)とは異なって,これらの官能基は中性で解離でき,十分な活性を示すと期待された,事実,β-CDがpH9.0緩衝液中,25°Cではp-およびm-nitrophenyl acetateを分解できないのに対し,p-nitrophenyl acetateについては1,2,3は緩衝液自体が示す反応速度の1700,170,170倍,m-nitrophenyl acetateに関しては86