hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
特異な立体構造を持つ物質の理論的設計と物性

我々はカーボンナノチューブやグラファイト微結晶のようなナノメータの大きさを持つ新しい炭素材料の立体構造の設計を行ない、その物性を計算してきた。平成9年度の主な成果は、(1)カーボンナノチューブのラマン効果を結合分極近似で、螺旋度と半径の関数として計算した。計算結果は、実験における多くのラマンピークの起源とカーボンナノチューブの構造の同定に貢献した。(2)カーボンナノチューブの輸送現象において、2種類の炭素原子サイトに等価に広がっている散乱ポテンシャルによって電子が散乱を受ける場合には、後方散乱が干渉効果によって消失することを、マイケルベリ-が1984年に提案して波動関数の幾何位相によって説明した。また本研究を推進するにあたって、分子軌道計算における時間のかかる行列の対角化を効率的に計算するLSIの設計をハードウエア記述言語を用いて行なった。プログラム可能ゲート配列(FPGA)LSI素子上で動作を検証する為の基盤を製作した。この基盤上での動作特性の実験は未だ行なっていない。今後の課題である。今後の課題である。平成8年度は以下の研究成果を得た。(1)グラファイト微小結晶(直径20Å程度)にLiが過剰に吸着する機構を、同系での電子状態計算を用いて解明した。これはLiをグラファイト層間化合物(GIC)の場合の初期配置から初めて、半経験的量子化学軌道計算(PM3法,UHF)で最適化構造を求め、その構造に対する電子状態の結果から、Liが過剰に吸着する「余地」がどこにあるかを調べるものである。その結果、Liがグラファイト微小結晶の端が水素終端されている場合には、GICの様に電荷を移動させたイオン結合としてつくことが分り、これが過剰に吸着する仕組みになっていることを明らかにした。(2)カーボンナノチューブ(CN)の振動構造を計算し、結合分極近似でラマン強度を、CNの半径と螺旋度の関数として計算した。phonon分散関係は、2次元グラファイトの力のテンソルを回転することでCNの結晶構造の対称性を正確に反映した力の定数を得た。この結果、とくに低振動数のphonon構造を正しく得ることが出来た。得られたphonon構造からラマン強度を計算し、主に主要なラマン強度は、半径のみに依存し螺旋度には依存しないことが分った。また本研究を推進するにあたって、分子軌道計算における時間のかかる行列の対角化を効率的に計算するLSIの設計をハードウェア記述言語を用いて行なった。今後の課題である。
環境との相互作用を活用した人間の動的な適応能力を改善するリハビリ訓練技術の開発

本研究では,正確な肢体運動制御に必要な心的なはたらきの一つであるBody Imageに注目し,動的な環境との相互作用の中で人間が新たに認知-運動機能を獲得する過程の実験的解析とその工学的な応用を進めた.具体的には,肢体麻痺患者の書字訓練及び,上肢関節の屈伸動作の訓練におけるBody Imageの補正を目的とする訓練装置の提案と,その有効性評価を行った.本研究では,正確な肢体運動制御に必要な心的なはたらきの一つであるBody Imageに注目し,動的な環境との相互作用の中で人間が新たに認知-運動機能を獲得する過程の実験的解析とその工学的な応用を進めた.具体的には,肢体麻痺患者の書字訓練及び,上肢関節の屈伸動作の訓練におけるBody Imageの補正を目的とする訓練装置の提案と,その有効性評価を行った.本研究では,正確な肢体運動制御に必要な心的なはたらきの一つであるBody Imageに注目し,動的な環境との相互作用の中で人間が新たに認知-運動機能を獲得する過程の実験的解析とその工学的な応用を進めた.具体的には,肢体麻痺患者の書字訓練及び,上肢関節の屈伸動作の訓練におけるBody Imageの補正を目的とする訓練装置の提案と,その有効性評価を行った.特に,今年度は以下に示すような,その実験環境となる装置開発と,健常者および, 2名の片麻痺患者を対象とした評価実験に基づく新たな知見を得ることができた.・上腕の関節角度を容易に計測できる運動計測専用の光ファイバセンサを,これまでに開発したプロトタイプの装置に組み込み,実際の臨床実験を行うための実験環境の構築と,健常者20名と実際の片麻痺患者2名を対象とした動作確認実験を行い,その即時的な訓練効果に関する評価を行った.・その結果,提案装置に実装されているフィードバック機能が,使用者の装置への適応動作の時間発展を促し, Body Imageを補正する手助けとなることが明らかとなった.このことから,そのような適応動作により, Body Imageの改善がさらなるBody Imageの改善を促すような,連鎖的な形式のBody Imageの改善メカニズムが構築されることが示された.・さらに,提案装置に実装されているフィードバック機能を改良し,その刺激を使用者の動きに対して動的に適応する機能や,刺激を他者がインタラクティブに提示する機能を追加し,その訓練効率が有意に向上することを明らかにした.これらの知見から,環境との相互作用を積極的に活用した訓練装置が,肢体麻痺患者のリハビリ訓練におけるBody Imageの補正支援に有効であること及び,その効率的な補正メカニズムを明らかにした.本研究では,正確な肢体運動制御に必要な心的なはたらきの一つであるBody Imageに注目し,動的な環境との相互作用の中で人間が新たに認知-運動機能を獲得する過程の実験的解析とその工学的な応用を進めた,具体的には,肢体麻痺患者の書字訓練及び,上肢関節の屈伸動作の訓練におけるBody Imageの補正を目的とする訓練装置の提案と,その有効性評価を行った.特に今年度は,昨年度までに得られた研究成果のを国内論文誌及び,国内学会,国際学会での公表と,以下に示すように,昨年度まで開発を進めた実験環境をさらに拡張する形式で,他者との相互適応に基づくBody Imageの補正訓練装置の開発と,その有効性評価を進めた.・これまでに開発した上肢関節の屈伸動作の訓練におけるBody Imageの補正訓練装置に,他者との相互作用に基づく訓練を行う機能の実装と,健常者20名を対象とした動作確認実験を行い,その即時的な訓練効果に関する評価を行った.・その結果,訓練中における双方の運動の同調性がより高いグループの方がボディイメージの補正効果が高くなる傾向にあり,両者の間での同調がボディイメージの補正効果を生み出している可能性が明らかとなった.・また,被訓練者のボディイメージの補正には,被訓練者側から訓練者の動作への適応に基づく動作の同調が必要であることが明らかとなった.・従って,他者とのインタラクションに基づくBody Imageの補正には,訓練者のBody Imageが被訓練者に時間的に先行して変化し,被訓練者からの適応が容易に行える関係の構築が必要であること,そして,そのような関係の構築が本提案手法によって実現可能であること,が示唆された.本研究では,正確な肢体運動制御に必要な心的なはたらきの一つであるBody Imageに注目し,動的な環境との相互作用の中で人間が新たに認知-運動機能を獲得する過程の実験的解析とその工学的な応用を進めた.具体的には,肢体麻痺患者の書字訓練及び,上肢関節の屈伸動作の訓練におけるBody Imageの補正を目的とする訓練装置の提案と,その有効性評価を行った.特に22年度は,21年度までに得られた研究成果の論文誌,及び国内学会での発表と,以下に示す上肢関節の屈伸動作の訓練装置に関し,被訓練者とのインタラクション機能を新たに追加し,より効率的な訓練に必要な機能追加と,その有効性評価を行った.・被訓練者に提示される模範となるCG映像の動きを,定常的な屈伸運動ではなく,使用者の実際の関節角度の値を考慮した形式で提示できるインタラクティブに模範動作を生成し,提示する機能の追加を行った.・その結果,改良された装置による訓練を受けた被訓練者の方がBody Imageの補正効果がより高くなる傾向が観察された.・このことから,新たな訓練手法の方が,より効率的な改善が実現されていたと考えられる.

・以上のことより,被訓練者の動きが考慮されているインタラクティブな形式のBiofeedback訓練が,昨年度までに申請者が提案しているBody Imageを改善させるメカニズムをより効率的に稼働させ,より積極的にBody Imageの改善を促し,より高い訓練効果を実現されることが示唆された.
歴史資料から知られている南海大地震履歴の地形・地質学の検証

本研究の目的は、海溝型巨大地震が100年から200年の間隔で発生してきたとされる南海道沖のプレート収束帯において、地震発生の事実を地形・地質学的に確認し検証することである。これまでの南海トラフに沿って発生したとされる巨大地震は、歴史資料の解読のみによって指摘されたものがほとんどで、自然科学的な方法で直接的に地震発生の証拠が示されているものはきわめて稀である。代表者は,西南日本外帯南部において隆起海岸地形・地質の調査研究を行ってきた結果、南海トラフに向かって突出する室戸岬や潮岬近辺には、ここ数千年間の地盤変動に伴って隆起した暖温帯石灰岩が分布しており、それらの堆積構造や成長過程を分析すれば、南海トラフに沿って発生した地震履歴を自然科学的な方法から切れ目なく解明出来る可能性が高いことを指摘してきた。本研究では,暖温帯石灰岩からコアを採取し,採取ポイント付近を構成する石灰岩の堆積深度を推定するため,石灰岩を構成する藻類やサンゴなどの古生物学的分析を行なった.また,採取したコアのうち,室戸岬の小ビシャゴ岩付近に付着する石灰岩から採取したコアサンプルについて,画像で区別できる不連続面を手がかりにして14C年代を測定した。その結果,石灰岩は,各層100年200年くらいの年代幅をもって,27301520BP(暦年および△R未補正)の間顕著なhiatusなく成長し続けてきたことがわかった。本研究では,石灰岩の不連続面が,プレート間地震による振動的な地震隆起・沈降に伴う石灰岩の溶食に対応して形成されたと考え,化学的な変化を伴っているとすれば酸素・炭素同位体比にスパイク状のシグナルが出るという仮説のもと,同位体比を測定した。その結果,石灰岩の不連続面付近で同位体比が急激に低下するシグナルが検知され,現在さらなる分析を継続中である。平成18年度は、地震発生層を含む新たな完新世隆起石灰岩試料の採取地点の詳細な選定、手続き、および掘削作業を行う予定であったが、数度にわたる室戸岬周辺の現地調査の結果、新たな試料が得られる可能性がある採取地点を発見することができず、既存のコア試料の再精査を行なった。その結果、既存のコア試料を使用して、それらの炭素・酸素の安定同位体分析などを行なうことによって、ある程度の地震発生層準の絞り込みが可能と判断されたため、コア試料から微量の試料採取を行なうことにした。そのため、現地で大量のコア試料をとるために購入を計画していた掘削専用ドリルに代わり、コアから微量の試料を正確に採取できるマイクロサンプリング用の専用ドリルを購入した。コアからの微量試料採取にあたり、採取ポイント付近を構成する石灰岩の堆積深度を推定するため、石灰岩を構成する藻類やサンゴなどの古生物学的分析(ポイントカウンティング)を行なった。採取したコア試料は、炭素・酸素の安定同位体比から、地震発生層準を検出するため現在分析中である。また、本年度は、地震発生時期や隆起量検証のための対比基礎資料として、室戸地域の地震隆起地形や隆起石灰岩分布についての概要をとりまとめ、専門雑誌に掲載した。さらに、次年度に向けて、石灰岩を構成する生物種構成比から、より厳密に石灰岩の堆積深度を推定するため、多種の現生種が大量に、また連続的に付着している露頭の調査・探索を紀伊半島南部において行ない、候補地を絞り込んだ。

平成19年度は,南海トラフに面した室戸岬において採取された完新世隆起石灰岩コア試料の高精度画像解析を行い,昨年度までに分析済みである石灰岩を構成する生物種の構成比による岩石タイプを決め,それらが変化する境界線を厳密に決定した。昨年度購入した,コアから微量の試料を正確に採取できるマイクロサンプリング用の専用ドリルによって,地震発生層準と考えられる石灰岩タイプの境界線前後の試料を採取し,数点の放射性炭素年代測定を行った。同じ層準から採取した試料をウラン系列の年代測定法によって年代を計測し,放射性炭素年代の暦年補正を行うための海洋貯留効果補正値(ΔR)を求める予定であったが,年代測定装置を保有する海外の研究所との調整が年度内につかず,現在も交渉継続中である。また,年代測定用の試料採取と並行して,酸素同位体比,炭素同位体比を計測するための試料採取および同位体比計測も行った。これは石灰岩タイプが変化する境界線付近では,プレート境界で発生する地震に伴う地盤隆起によって,一時的に石灰岩が離水した際に,雨水等によって炭酸塩の置換が起こった可能性があり,その場合は同位体比にスパイク状のシグナルがでるという仮説のもとに行った分析である。最終的な分析結果は現在取りまとめ中であるが,ほぼすべての目視で判別した境界線付近において,酸素同位体比も炭素同位体比もほぼ同様に数値が有意に小さくなるシグナルが検出された。二つの変数の相関係数は0.94ときわめて関連性が高い。最終成果報告書には分析・考察結果をまとめる予定である。また,本年度は本研究の最終年度であることから,本研究テーマの発展的展開を図るため,南海地震の地形的証拠として知られる,和歌山県串本町橋杭岩付近に分布する津波石および離水波食地形に関する資料収集も行った。
細胞膜TRPM2イオンチャネルに着目した難治性角膜上皮疾患の新たな治療戦略の樹立

TRPM2は酸化ストレス・ROSセンサーとして単球・マクロファージを介しての炎症応答に関与すること他のTRPファミリーのシグナルとは異なることが知られている。TRPM2が単球系免疫細胞におけるケモカイン産生を調節し、好中球の炎症部位での集積と炎症の悪化に関与する可能性がある。所属の岡田由香准教授がTRPM2欠失マウスでは角膜のアルカリ暴露後炎症が抑制されることを見出した。上皮欠損後の軽微な炎症が上皮治癒に影響すると考えられる。本申請ではTRPM2シグナルの角膜上皮創傷治癒に関与を明らかにしTRPM2シグナルを調節することで難治性角膜上皮疾患の創傷治癒促進のため新規戦略の提唱を目的とする。
糖尿病性腎症における尿細管p21活性化の意義

糖尿病動物における腎臓の老化について検討した。糖尿病を発症したマウスおよびラットでは非糖尿病動物と比べて、腎臓の尿細管において細胞周期調節分子p21が活性化することにより老化が進んでおり、これが更に腎臓において炎症惹起因子TNF-αを誘導することにより病態を増悪させていることがわかった。糖尿病治療により、この腎臓老化は改善することから可逆的で治療可能な現象であることも証明された。本研究は腎臓老化が糖尿病性腎症治療のターゲットになる可能性を示したものである。糖尿病性腎症の発症機序解明、治療法開発は国際的課題である。申請者は、細胞周期調節因子p21を介した腎細胞老化(生存しているが、有糸分裂を停止した状態)を惹起し、腎における炎症・障害の進展に関与している可能性を見出している。そこで本研究課題では、糖尿病性腎症進展過程における腎細胞老化の進行と病態進展への寄与を検討した。活性酸素はよく知られた細胞老化誘導因子であり、糖尿病腎において、その産生が亢進していることが知られている。しかしながら、細胞老化発症後の糖尿病動物に抗酸化薬治療を施しても、細胞老化の改善はみられず、糖尿病腎における活性酸素の細胞老化への関与は明らかにされなかった。一方で、既に確立されている腎保護戦略として、レニン・アンジオテンシン系の阻害を行ったところ、糖尿病腎における細胞老化は消失したことから、糖尿病における腎細胞老化にはレニン・アンジオテンシン系の関与が示され、細胞老化現象は可逆的で治療可能なものであることも証明された。またマウスを用いた実験では、糖尿病初期における細胞老化はp21により誘導されており、p21を欠失したマウスでは、糖尿病性腎障害の進行が緩解されることがわかった。本研究はp21および腎臓老化が糖尿病性腎症治療のターゲットになる可能性を示したものである。糖尿病モデルとしてstreptozotocin(STZ: 10 mg/kg/day、一週間連続投与)により誘導した1型糖尿病モデルと、2型糖尿病自然発症モデルであるOLETFラットを用いた。STZモデルでは正常およびp21-KOマウスを用い、STZ投与開始2、4、12、24週後に、OLETFラットでは10、16、22、28、55週齢において、それぞれ腎細胞老化と炎症を評価した。腎細胞老化の評価は、老化関連ガラクトシダーゼ(SA-βGal)染色の増強ならびにp53およびp21の腎内mRNA発現の増強により行った。炎症の評価は、CD68+(マクロファージ)の免疫染色ならびにICAM-1, TNF-α, IFN-γ, IL-4, IL-6, IL-10, IL-17およびTGF-βなどのmRNA発現測定を行った。細胞老化と炎症の評価は連続切片上で行い、同一ネフロンにおいて検討できるようにした。1型2型の糖尿病ではともに腎内マクロファージの浸潤が進んでおり、これは老化細胞の出現とほぼ同期するものであった。老化細胞および炎症の出現直前にIL-10の増大が見られ、出現時にTNF-αの上昇が確認できた。これらの変化はp21-KOマウスでは確認できなかった。また、腎細胞老化の原因探索を目的として、糖尿病p21-KOおよびwild-typeマウスに対してインスリンを処置し、高血糖の関与について調べた。糖尿病マウスにおいてインスリンは血糖値是正の度合いに応じて、腎老化を軽減させることができた。続いて、炎症を生じたネフロンを可視化する目的で、GFP transgenicマウスより単球を分離し、recipientマウスに養子細胞移植を行ったが、γ線照射を行っていないマウスでは、移植細胞のほとんどが肺で捕捉されてしまい、顕微鏡下にて接着浸潤を確認するまでには至っていない。本研究計画の目的は大きく分けて3つあった。すなわち、(1)糖尿病性腎症(1型2型)におけるp21活性化、細胞老化および炎症進行の時系列的変化を正常マウスおよびp21-遺伝子欠失(KO)マウスを用いて明らかにする。また、老化細胞を切り出し、自己抗原や抗原提示分子の発現、p21核内移行度を観察することにより、その相互関係を明らかにする、(2)p21の薬物的阻害により、すでに進行している炎症および糖尿病性腎症治療が可能であるかを追求する、そして、(3)糖尿病腎において、p21活性化や炎症の生じたネフロンを、p21依存性発光技術やGFP導入単球の養子移植により選択的に抽出し、それらのネフロンの機能異常を評価する、である。これらの目的のうち、若干の研究計画の修正は加えたものの、以下の部分まで達成されている。

すなわち、(1)1型2型糖尿病の両方において、腎臓内p21発現が細胞老化および炎症の発生に先んじて生じていること、1型糖尿病における細胞老化、炎症は高血糖/p21(局在は核内)に依存していること、1型2型ともにp21増大により誘導される感受性の高い炎症惹起因子としてTNF-αが候補としてあがることがわかった。TNF-αは炎症惹起因子としてよく知られており、TNF-αが老化細胞により炎症が誘導される因子となりうるかが、次の課題となる。(2)に関しては、p21阻害薬が未だ供給されておらず、開始できていない。(3)に関しては、炎症ネフロンのin vivoイメージングに課題が残っており、標的を老化ネフロン可視化に変更して、観察しているものが真に老化ネフロンであるかについて詳細な検討を開始したところである。ここの計画に関する今後の方策としては、(1)は当初の目的であった自己抗原や抗原提示分子の発現変化は確認できていない。我々が解析してないものがターゲットである可能性も考慮し、マイクロアレイも視野に入れて検討していく。また我々が当初計画していた老化細胞を選択的に取り出す方法は実験に十分な量のRNAを回収することに難があったため、現在、より遺伝子を保持したまま、老化細胞を回収する方法を開発しているところである。(2)は動物実験使用に十分なp21阻害薬を精製するのに時間を要しており、まずはin vitroの培養細胞を用いた実験から開始する方向へ計画を練り直している。具体的には、マクロファージ/近位尿細管細胞の共培養系にて高血糖により近位尿細管細胞の老化を引き起こすかを確認する。さらに、それによりTNF-αなどが分泌され、マクロファージが活性化されるかを確認し、これがp21阻害薬の培地中処置により予防できるかを検討する。(3)の実験は平成24年度実施の予定であったが、すでに開始しており、老化ネフロンin vivoイメージングに向けて取り組み、一部は可能性が見えてきている。今後はイメージングしているものが真に老化ネフロンであるか、老化することによる機能変化(あるいは、老化しても変化のない機能は何か)の解析を進めていく。研究結果および推進状況によって若干の研究計画の変更を行うことになるが、変更した実験計画はすべて既存の研究機材により実施可能なものであり、平成23年に引き続き、研究計画を進めるにあたって、最も多くの研究費と使用するものは、消耗品費であると思われる。研究計画(1)においては、動物購入費(OLETFおよびKKAyマウス)、老化細胞回収用のセルソーター用試薬およびPCR用試薬費が主なものになると思われる。研究計画(2)においては、共培養用培地、TNF-α検出キットおよびマクロファージ分化確認用試薬が主なものになると思われる。研究計画(3)においては、動物購入費、蛍光色素、たんぱく質ラベル化キット、多光子顕微鏡用消耗品(カバーガラス等)および老化細胞確認用PCRキットが主なものになると思われる。当初は研究経費として実験補佐員への謝金を予定していたが、消耗品費が予定以上に必要であったこと、申請者がこの研究計画により多くのエフォートを割り当てることが研究機関より認められたことから、実験補佐員の雇用は見送っている。
ラマン散乱を用いたワイドギャップ半導体内結晶欠陥の高感度検出法の開発

レーザラマン散乱顕微分光法を用いて、シリコンカーバイド(SiC)の欠陥を鋭敏にかつ非破壊で検出する方法を開発した。これまでの手法は、理想結晶と欠陥のある結晶のスペクトルを比較することにより欠陥を調べていたが、この方法では、その差が小さく欠陥を高感度に検出するには限界があった.そこで本研究では、ラマン散乱が理想的には禁制となるような偏光配置で測定を行い、欠陥によって誘起された微弱なラマンスペクトルを精度よく測定し、微弱欠陥の検出を試みた。3C,6H,4H型ポリタイプのSiCについて、半定量的な欠陥の面分布が求められた。また、キャリア濃度に敏感なLOフォノンラマン散乱線を用いて、SiC結晶のキャリア濃度を決定する手法があるが、応用として、室温で実際にシリコンカーバイドの欠陥とその周辺について測定、解析を行った。欠陥周辺部でキャリア濃度の異常な変化を見いだし、電気的特性に対する欠陥の影響を調べた。これらの手法は非常に簡単で、非破壊でキャリア濃度を数ミクロンの空間分解能で求めることができる。さらにシリコンカーバイドセラミックスのラマン測定を行い、セラミックス内に存在する異種の多形(ポリタイプ)の組成比を求め、x-線回折の結果と比較した。ラマンとx-線解析の結果には強い相関があり、ラマン分光が単結晶のみならずセラミックスの評価にも応用できることが分かった。これを応用して、ミクロ測定によりセラミックス粒内のポリタイプの分布やポリタイプの積層欠陥の分布に関する情報を得ることができることを示した.レーザラマン散乱顕微分光法を用いて、シリコンカーバイド(SiC)の欠陥を鋭敏にかつ非破壊で検出する方法を開発した。これを応用して、ミクロ測定によりセラミックス粒内のポリタイプの分布やポリタイプの積層欠陥の分布に関する情報を得ることができることを示した.本年度においては1.微ラマンシステムを組みあげ、半導体の微少領域の評価を可能にした。またシリンドリカルレンズを用いた線照射方式でラマン1,2次元像の測定が行えるようにした。2.焦点距離60cmの分光器の分光像拡大器を取り付け実効焦点距離1.2mのシステムに改造し、スペクトル分解能を向上させた。3.シリコンカーバイドの単結晶エピタキシャル膜における欠陥評価の評価法を開発した。この手法は(i)ラマン禁制の測定配置をとり、(ii)欠陥誘起のTOバンドを精密に測定し、その形状から欠陥の特性を解析するものである。この手法は、バックグラウンド信号が無い状態で測定するので、欠陥に由来する信号のみを高いS/N比で検出できる有利さがある。従って微弱な欠陥検出が可能になると考えられる。4.6Hおよび4H-SiCポリタイプでは、798cm^<-1>のTOバンドが(0001)面を用いた後方散乱配置で禁制になり、欠陥特に積層欠陥によってこのバンドが誘起されることを見いだした。さらにあらかじめ積層欠陥密度をEDから見積もった試料でこのTOバンドの強度が欠陥密度のモニターとして使えることを実証した。5.3C-SiCエピタキシャル膜では、膜裏面からの反射光によるポラリトンモードが、積層欠陥誘起TOバンドの測定の妨害になることを突き止め、偏光測定によって積層欠陥誘起バンドだけを抽出できることを検証した。6.SiCにおける横波光学モードのラマンスペクトルの強度解析がポリタイプ構造の判定に有効であり、この強度分布がボンド分極率モデルに基づいて説明できることが中島らによって以前に実証されていた。本研究では縦波光学モードに対してもやはりボンド分極率モデルに基づいた解析が有効であり、このモデルがさらに共鳴ラマン領域でも適用できることを確かめた。レーザラマン散乱顕微分光法を用いて、シリコンカーバイド(Sic)の欠陥を鋭敏にかつ非破壊で検出する方法を開発した。これまでの手法は、理想結晶と欠陥のある結晶のスペクトルを比較することにより欠陥を調べていたが、この方法では、その差が小さく欠陥を高感度に検出するには限界があった。そこで本研究では、ラマン散乱が理想的には禁制となるような偏光配置で測定を行い、欠陥によって誘起された微弱なラマンスペクトルを精度よく測定し、微弱欠陥の検出を試みた。3C,6H,4H型ポリタイプのSiCについて、半定量的な欠陥の面分布が作成できた。

また、キャリア濃度に敏感なLOフォノンラマン散乱線を用いて、SiC結晶のキャリア濃度を決定する手法があるが、応用として、室温で実際にシリコンカーバイドの欠陥とその周辺について測定、解析を行った。欠陥周辺部でキャリア濃度の異常な変化を見いだし、電気的特牲に対する欠陥の影響が調べられた。これらの手法は非常に簡単で、非破壊でキャリア濃度を数ミクロンの空間分解能で求めることができる。さらにシリコンカーバイドセラミックスのラマン測定を行い、セラミックス内に存在する異種の多形(ポリタイプ)の組成比を求め、x-線回折の結果と比較した。ラマンとx-線解析の結果には強い相関があり、ラマン分光が単結晶のみならずセラミックスの評価にも応用できることが分かった。これを応用して、ミクロ測定によりセラミックス粒内のポリタイプの分布やポリタィプの積層欠陥の分布に関する情報を得ることができることを示した。
描線動作の発達に対する利き手と書字習慣の影響：幼児・児童を対象とした分析

本研究では,日本とドイツ語圏の幼児・児童を対象に書字課題および図形の描画課題を実施し、図形の描き方にみられる文化差と書字技能の発達との関連を検討した。また、利き手の違いによる描き方の差違も検討した。結果から、幼児では図形の描き方に文化差はみられなかったが,児童では文化差がみられた。児童の書字レベルは幼児よりも高かったことから、小学校入学とともに書字技能が向上し、文字の書き方を図形の描画にも適用するため、描線動作に文化差が生じたと考えられる。また、利き手の違いによっても図形の描き方は異なることが示唆されており、描線動作は書字技能と同時に利き手によっても影響をうけることが示された。本研究は、異なる言語圏の幼児・児童を対象に図形の描画課題と書字課題を実施し、書字能力の発達に伴って描線動作に文化差がみられるようになるかを検討することを目的とした。また、利き手の違いによって描線動作に発達的差違がみられるかも検証する。2013年度では主に日本人の被験児を対象として実験をおこなった。これまでの研究によって年中児23名(うち、左利き3名)、年長児23名(うち、左利き4名)、小学1年生13名、小学2年生7名(うち、左利き1名)のデータを得た。実験では円、三角形、菱形、五角形などの図形を利き手で一筆描きしてもらい、そのときの描画開始位置、および、描く方向(時計回り、反時計回り)を分析した。また、平仮名の書字課題をおこない、文字の書き順と書字された字形から各被験児の書字能力を評定した。本年度はとくに右利きの被験児の結果を中心に分析をおこなった。まず、図形の描画開始位置について検討した。その結果、菱形の描画において描画開始位置に有意差がみられた。年中児では描画開始位置が菱形の4つの頂点に分散する傾向がみられた。いっぽう、年長児や小学生では菱形の上の頂点から描き始めることが多かった。また、小学生では円描画において最上部(時計の文字盤の12時の位置)が描画開始位置になることが多く、また五角形の描画でも小学生では上の頂点が描画開始位置になることが多かった。描画方向については有意な発達的差違はみられなかった。ただし、小学生においては円や五角形を上側(円では時計の文字盤の12時の位置、五角形では上の頂点)から描く場合、反時計回りに描く傾向がみられた。こうした描線動作は、日本人大学生でもみられることが先行研究で示されている。小学生は書字課題の得点も高いことから、書字能力の発達に伴い、次第に日本人特有の描線動作の特徴がみられるようになることが本研究結果から示唆された。本研究では日本とドイツ語圏の幼児・児童を対象に円や三角形などの図形の一筆描き課題および書字課題を実施し、書字技能の発達に伴い文化間で図形の描き方に違いがみられるようになるかを検証した。これまでの調査で得たデータは日本人年中児23名、年長児23名、小学1年生20名、小学2年生17名、小学3年生以上7名であった。ドイツ語圏の被験児は年中児15名、年長児20名、小学1年生9名、小学2年生7名、小学3年生5名、小学4年生8名であった。これまでのところ、右利きの被験児の描線動作を検討した。まず、日本人被験児の結果をみると、円描画では年中・年長児は描き始めの位置がさまざまな点に分散し、描く方向にも偏りがみられなかった。一方、小学1-2年生では円の左下から時計回りに描く、あるいは、円の上側から反時計回りで描く反応が多かった。つぎに三角形、菱形、五角形についてみると、幼児ではいずれの描画でも描き始めの位置と描く方向に偏りはみられなかった。一方、小学生では三角形、五角形については上の頂点から反時計回りに描く反応が増加した。ドイツ語圏の被験児は全体的に数が少ないことから幼児群(年中・年長児29名)と小学校低学年群(1-2年生14名)の2群で分析をおこなった。円描画をみると幼児群では円を上側から時計回りで描く反応が多く、小学校低学年群では上側から反時計回りで描く反応が多かった。三角形では幼児は左下の頂点から時計回りで描く反応が多く、小学校低学年では上の頂点から反時計回りに描く反応と左下の頂点から時計回りに描く反応が多かった。菱形では小学校低学年群で左の頂点から時計回りで描く反応が有意に増加した。五角形では両群とも有意な結果は得られなかった。まだドイツ語圏のデータ数は少ないことから、今後さらにデータ数を増やして分析する必要がある。本研究では日本とドイツ語圏の幼児・児童を対象に描画課題と書字課題を実施し、書字能力の発達に伴い図形の描き方に文化差がみられるようになるかを検証した。当該年度ではデータを追加し、これまでに得られた結果を総括した。被験児は日本の幼児46名、児童47名、ドイツ語圏の幼児35名、児童29名であった。被験児には円などの図形を一筆描きしてもらい、その描画開始位置と手の動きを検討した。書字課題では名前の書字をおこなった。まず右利き被験児の結果を検討した。

円の描画をみると、日本の幼児では特徴的な反応はみられなかったが、児童では円の左下から時計回りで描く反応と左上から反時計回りで描く反応が多かった。ドイツ語圏の幼児では円の右上に描画開始点が集まる傾向があったが、描く方向に偏りはなかった。児童では円の左上から時計回りに描く反応が多かった。つぎに三角形、菱形、五角形の描き方を検討した。日本の幼児では特徴的な描き方はみられなかったが、児童では上の頂点から反時計回りに描く反応が多かった。ドイツ語圏でも幼児には特徴的な描き方はほとんどみられなかったが、児童では三角形などの描画で上の頂点から反時計回りに描く反応と左の頂点から時計回りに描く反応が多くみられた。右利き被験児では、児童において描線動作に文化差がみられることが示された。児童は書字課題の得点も高く、小学校入学後に書字技能が発達し、それが図形の描き方に影響して描線動作に文化差が生じたと考えられる。左利きの被験児の結果をみると、円の描画では日本でもドイツ語圏でも特定の反応傾向はみられなかった。いっぽう、三角形や菱形などの描画では、左利きと右利きの児童の描線動作は類似していた。図形の描き方には利き手と書字習慣の双方が影響を与えている可能性があることが示された。ただし、左利き被験児は人数が少ないため、結果については今後再検証する必要がある。本研究では,日本とドイツ語圏の幼児・児童を対象に書字課題および図形の描画課題を実施し、図形の描き方にみられる文化差と書字技能の発達との関連を検討した。また、利き手の違いによる描き方の差違も検討した。結果から、幼児では図形の描き方に文化差はみられなかったが,児童では文化差がみられた。児童の書字レベルは幼児よりも高かったことから、小学校入学とともに書字技能が向上し、文字の書き方を図形の描画にも適用するため、描線動作に文化差が生じたと考えられる。また、利き手の違いによっても図形の描き方は異なることが示唆されており、描線動作は書字技能と同時に利き手によっても影響をうけることが示された。2014年度では、まず日本人児童のデータ収集、つぎにドイツ語圏被験児のデータ収集をおこなうことを目的とした。日本人児童については2014年7月から2015年3月にかけて長崎県佐世保市および東京都杉並区において実験をおこない、小学14年生合計24名のデータを新たに収集した。これまでの調査で得た日本人児童のデータは合計で44名となった。また、ドイツ語圏の被験児についてはミュンヘン市およびグラーツ市などで調査を実施した。その結果、これまでのところドイツ語圏の46歳児については合計36名、小学生については合計29名のデータを得た。以上のように、データ収集は、当初の計画どおりに、順調に進展しているといえる。ただし、昨年度と同じく、左利き被験児については母数が少なく、データ収集が困難な状況にある。また、当初は小学1年生までのデータを収集する計画であったが、2013年度に日本の幼児と小学1年生のデータを比較したところ、明確な発達的変化を捉えることは難しいことが予想された。当初の計画よりも高学年の被験児のデータを収集する必要があるとおもわれた。そこで、2014年度では小学2年生までを調査対象として実験を実施してきた。今後、さらに高学年の児童のデータを収集する必要がある。また、ドイツ語圏の児童のデータ数も、さらに追加していく必要があるだろう。教育心理学日本人被験児については、当初に計画していたデータ数を確保したものの、上述したように、より高学年の児童を対象とした実験をおこなう必要がある。そこで、2015年度では小学34年生を中心に実験をおこない、統計的検定に必要なデータ数を確保する予定である。
LES乱流モデルによる混相乱流構造の数値解析

1.固気二相チャネル乱流のLES流れ場としてチャネルを下向きに流れる固気二相流をとりあげ、LESによる流れの数値解析を行った。粒子の運動はLagrange的に追跡し、粒子間衝突は決定論的にを取り扱う方法を採用した。主流に垂直な方向の粒子速度の変動は粒子間衝突の影響を強く受け、粒子間衝突を無視した場合の約2倍の変動速度強度となった。また、粒子間衝突の影響を考慮した場合に粒子の変動速度強度は実験とよく一致し、希薄な場合であっても粒子運動に対する粒子間衝突の影響が大きいことがわかった。計算結果をAVSを用いて可視化する事により、粒子の空間分布と乱流構造の関係について調べた。壁面付近の構造について観察した結果、気流の低速ストリークの位置に粒子が集中する傾向が見られた。2.粒子クラスターの構造LESによる計算により乱流中で粒子が流れの構造により濃度むらを形成することがわかった。さらに粒子濃度が増大した場合には、粒子群はさらに高濃度のクラスターを形成し、乱流構造にさらに大きな影響を及ぼす。この影響は粒子クラスターの構造に大きく依存するため、粒子クラスターの空間構造について計算を行った。鉛直上向きの流れについて計算を行った結果、クラスターの形成が得られ、3次元構造について分析を行った。また、粒径がクラスターの空間スケールに大きな影響を及ぼすことがわかった。1.LESの乱流モデルに対する粒子の影響のモデル化LESで用いられる乱流モデルであるSGS(Subgrid-Scale)モデルに固体粒子の影響の導入に関する検討と文献調査を行った。2.計算プログラムの開発と計算流れ場としてチャネルを下向きに流れる固気二相流をとりあげ、LESによる流れの数値解析プログラムの開発を行った。まず、粒子の存在しない単相の流れについての計算を行ない、報告されている測定結果との比較を行うことにより、計算コードの確認と十分な精度を得るために必要な計算条件について調べた。その結果、気流速度分布、乱れ強度に関して、ほぼ従来のLESによる報告例と同様の一致が得られた。次に、計算コードを固気両相関の運動量交換を考慮したものへの拡張を行った。粒子運動の計算にはDSMC法の適用をまず検討したが、気流乱れなどに関する詳細な報告例は希薄な場合に限られていることと、本研究のではまず実験との比較が重要となるため、DSMC法のかわりに粒子の運動をLagrange的に追跡し決定論的に粒子間衝突を取り扱う方法を採用した。ただし、SGSモデルに固体粒子の影響はここでは無視された。数値シミュレーションの結果から、粒子の変動速度について実験結果をよく表すことがわかった。さらに、粒子の拡散および変動速度に対する粒子間衝突の影響が大きいことが明らかとなった。また、小粒子の場合に乱流強度が減少する結果が得られた。
神経変性疾患の発症機構の解析とMOCAを利用した治療・再生への応用

Dock3はWAVE分子複合体を細胞膜へ移行させることによって軸索伸長を促進するDock3はWAVE分子複合体を細胞膜へ移行させることによって軸索伸長を促進するMOCAは神経細胞に特異的に発現しRac1を活性化する機能を持つ。我々はMOCAの活性中心となる5つのアミノ酸残基を同定した。これらのアミノ酸を1つでもアラニンに置換するとRac1を活性化出来ないことから、MOCAの活性には必須のアミノ酸残基であることが判明した。さらに、これら活性中心となるアミノ酸残基は、MOCAのホモローグであるDock1、Dock4でも同じ位置にあり、Dock family全体に共通している可能性が考えられる。今後は、さらに多数のホモローグで検証する必要がある。緑内障は主要な失明原因であるが、現在のところ十分に確立した治療法はない。グリア型グルタミン酸トランスポーターの機能低下によるグルタミン酸のオーバーロードが緑内障発症の大きな要因であることが示唆されており、グルタミン酸トランスポーターを活性化することが新たな治療法開発に繋がると考えられる。そこで、グリア型グルタミン酸トランスポーターを活性化する物質を検索したところ、我々はIL-1にその機能がある事を明らかにした。IL-1の作用により細胞内ナトリウムが低濃度に維持され、その結果グルタミン酸トランスポーターの活性が増大されていた。また、このようなIL-1による作用にはcaspase-11の発現誘導にともなうアクチン繊維の脱重合が必要であることも判明した。一方、網膜の組織培養にIL-1を投与すると、神経細胞へのグルタミン酸毒性が著しく軽減していた。これらの結果は、今後の緑内障治療研究を考える上で重要な所見と考えられる。この成果は国際誌、Molecular and Cellular Biologyに掲載された。本研究ではmodifier of cell adhesion pmtein(MOCA)の機能を詳細に探索するとともに、神経組織の再生療法への応用を検討している。マウスへの銅キレート剤であるcuphzoneの経口投与はオリゴデンドロサイトの代謝障害による一次性脱髄を引き起こすことが良く知られている。MOCAトランスジェニックマウスへcupdzoneを投与したところ、野生型マウスに比べて脳梁における脱髄が抑制されており、MOCAはオリゴデンドロサイトの細胞死を抑制している可能性が推測された。MOCAの活性を制御することによって、脱髄性疾患の予防・治療へ繋がる可能性がある。今後はMOCAによる細胞死抑制の分子メカニズムの解明を進める。一方、これまでに解析からMOCAはWACEやFynなど多くのタンパクと結合することが明らかとなってきた。リン酸化されたMOCAはWAVEとの結合能が顕著に低下していたことから、MOCA-WAVEの結合はリン酸化によって制御されていることが推測された。MOCAから解離したWAVEはRac1と複合体を形成することによってアクチン繊維ヘシグナルを伝達していた。また、MOCAが細胞膜へ移行するためにはFynとの結合が必要であったが、これはBDNFシグナルによって制御されている事が明らかとなった。さらに、MOCAトランスジェニックマウスでは視神経挫滅後の再生が促進していたことから、BDNFからMOCAへのシグナル伝達が視神経再生に関与している可能性がある。MOCAの機能を制御することによって視神経の疾病・障害に対して新たな治療法の開発に繋がる可能性が考えられた。Dock3は別名でModifier of cell adhesion protein(MOCA)と呼ばれ、アルツハイマー病の原因物質であるpresenilinに結合する全く新規の蛋白質として発見されたが、その分子機能はほとんど不明であった。これまでに申請者はDock3が中枢神経系に特異的に発現し、細胞骨格の構築を制御するRac1特異的なguaninenucleotide exchange factor(GEF)であることを明らかにしてきた。本研究ではDock3の神経細胞内における機能解析を進め、Dock3が神経栄養因子brain-derivedneurotrophic factor(BDNF)の下流で活性化Fynと結合することによって細胞膜へ移行することを見出した。その際にはアクチン繊維の重合に重要なWAVEもまたFyn-Dock3とともに細胞膜上で複合体を形成し、効率よくRac1シグナルを下流へ伝達していることが判明した。細胞膜上ではDock3がリン酸化を受けるが、このDock3-WAVEの結合はDock3のリン酸化修飾によって解離することも明らかとなった。さらに新規にDock3を過剰発現するトランスジェニックマウスを作成したところ、野生型マウスと比較して視神経外傷後の軸索再生が顕著に亢進することを発見し報告した(Namekata et al., Proc Natl Acad Sci USA,2010)。Dock3はアルツハイマー病患者の脳では減少することがすでに報告されているが、Dock3が神経細胞の保護・再生に関与することが示唆される。
巨大クラスターイオン衝撃による極端環境場を利用した超高感度材料分析

二次イオン質量分析法(SIMS)は重要な表面分析法の1つであるが、近年半導体や金属材料においては表面局所分析の感度向上や数ナノメートルオーダの深さ方向分解能が要求され、また有機無機の混在する多層膜や生体組織中の生体高分子についてはそれらの分子を破壊することなくイオン化することも求められている。しかし既存のSIMS装置でプローブとして使われている単原子や二原子分子のイオンビームを用いる限り、これまでのSIMS分析の性能向上や有機物でのSIMSによる深さ方向分析は原理的に不可能であった。本研究ではそれらの現状を打破する技術としてサイズが数100原子以上の巨大クラスターをプローブとして用いることを提唱している。第3年度目の研究では有機物試料で実際にSIMSによる深さ方向分析を実施するため、ビームスキャン用ディフレクタを設置し、かつエッチングと分析を連続的に行なえるシステムを構築した。実験ではITO/GLASS基板上にスピンコーティング法により作製したPoly methyl methacrylate、Polystyrene、Polycarbonate等の代表的な高分子薄膜試料(膜厚は数10nmから100nm程度)や真空蒸着法により作製した有機物半導体材料からなる多層膜試料を5.5keVのArクラスタービームを用いて分析した。この実験ではエッチングを続けても有機物試料と基板との界面に到達するまで二次イオン強度は一定を維持し、界面に到達した後ではそのシグナルは速やかに減少した。少なくとも二桁以上のダイナミックレンジが得られたため、有機物試料と基板との界面は容易に判別可能であった。また深さ方向分解能の指標となる二次イオン強度の84-16%遷移距離は10nm以下と非常に高い深さ方向分解能が得られることも判明した。近年、半導体材料の極浅深さ方向分析や生体組織そのものの低損傷高感度分析が求められており、そのための手段として複数の原子から構成されるクラスターイオンをプローブとする二次イオン質量分析法(SIMS)が盛んに研究されている。クラスターは従来の単原子イオンと比較して、非常に効率良く二次イオンを生成できると推測されるが、これまでにプローブとして用いられてきたクラスターはサイズが数十原子程度までの比較的小さいものに限られている。またクラスター衝撃による二次イオン収率増加のメカニズムや効率良く二次イオンを発生させるための入射サイズの最適化についてはほとんど研究されていない。本研究では、入射クラスターイオンビームと二次イオンを両者ともパルス化する二段偏向型のパルス化システムを導入した飛行時間型質量分析装置を構築することにより、数100から数1000原子程度の特定サイズの巨大クラスターイオン衝撃によって試料より生成された二次イオンを測定することに成功した。試料には半導体のSi及びアミノ酸、ペプチドなどの生体高分子を用意した。Siでは反応性を有する酸素クラスターイオンを用いることにより、入射エネルギーが数keV程度(1入射原子あたりの平均エネルギーは数eV程度)とかなり低い場合においても十分高い二次イオン収率が得られたことから、半導体表面から深さ数10ナノメートル以下のごく浅い領域に注入された原子の深さ方向分布を測定するのに有効であると考えられる。また生体高分子試料においては入射エネルギーとサイズを最適化することにより、試料が損傷していることを示す分解片イオンの収量を抑制しつつ生体高分子そのものをイオン化することに成功した。これらの結果から入射クラスターイオンのサイズやエネルギーを最適化することは非常に重要であることが明らかとなった。二次イオン質量分析法(SIMS)は重要な表面分析手法の一つであるが、近年、半導体や金属材料においては表面局所分析の感度向上や数ナノメートルオーダの深さ方向分解能が要求され、また有機無機の混在する多層膜や生体組織中の生体高分子においては、分子を破壊することなく高感度で分析することも求められている。しかし既存のSIMS装置で使われている単原子や二原子分子のイオンビームを用いる限り、性能向上は原理的に極めて困難である。本研究ではそれらの現状を打破する手段として入射イオンのサイズが数100以上の巨大クラスターイオンをプローブとして用いることを提唱している。第2年度目の研究においてはまず、二次イオン発生部の残留ガスが二次イオン生成に及ぼす影響を排除することを目的として、超高真空下で入射イオンを試料へ照射できる装置を構築した。これにより試料の清浄表面からの二次イオンを測定できるようになり、詳細な二次イオン生成機構の議論が可能となった。また超高真空条件から徐々に酸素分圧を増加させていくときの二次イオン種や二次イオン収率を測定することにより、酸素分圧が二次イオン生成過程に及ぼす影響についても明らかにした。一方アミノ酸、複数のアミノ酸からなるペプチド、有機EL素子の材料となるポリマー等の有機材料の分析においては、入射する巨大クラスターイオンのエネルギーとサイズを最適化することにより、試料が損傷していることを示す分解片イオンの収量を抑制しつつ、有機高分子の検出感度を大幅に向上することに成功した。これらの結果から入射するクラスターイオンのサイズやエネルギーを最適化することは様々な有機物材料を分析する上で極めて重要であるということを明らかにした。

しかし既存のSIMS装置でプローブとして使われている単原子や二原子分子のイオンビームを用いる限り、これまでのSIMS分析の性能向上や有機物でのSIMSによる深さ方向分析は原理的に不可能であった。本研究ではそれらの現状を打破する技術としてサイズが数100原子以上の巨大クラスターをプローブとして用いることを提唱している。第3年度目の研究では有機物試料で実際にSIMSによる深さ方向分析を実施するため、ビームスキャン用ディフレクタを設置し、かつエッチングと分析を連続的に行なえるシステムを構築した。実験ではITO/GLASS基板上にスピンコーティング法により作製したPoly methyl methacrylate、Polystyrene、Polycarbonate等の代表的な高分子薄膜試料(膜厚は数10nmから100nm程度)や真空蒸着法により作製した有機物半導体材料からなる多層膜試料を5.5keVのArクラスタービームを用いて分析した。この実験ではエッチングを続けても有機物試料と基板との界面に到達するまで二次イオン強度は一定を維持し、界面に到達した後ではそのシグナルは速やかに減少した。少なくとも二桁以上のダイナミックレンジが得られたため、有機物試料と基板との界面は容易に判別可能であった。また深さ方向分解能の指標となる二次イオン強度の84-16%遷移距離は10nm以下と非常に高い深さ方向分解能が得られることも判明した。
ナノサイズ反応容器・内包フラーレン内での化学反応追跡

研究課題名「ナノサイズ反応容器・内包フラーレン内での化学反応追跡」に沿った実績を目的として,外科手術的有機化学合成法で酸素分子O2とNOラジカルがフラーレンケージC60に内包された分子(O2@openC60,NO@openC60)を得て,電子スピン共鳴(ESR)測定と1H-NMR信号を観測することに成功した.O2@openC60では,フラーレンケージ内においても気体酸素での基底三重項状態が保存され,固体粉末状態でのSQUID測定とESR測定が可能であった.特にESR測定により基底三重項状態がフラーレンケージにより対称性低下の摂動を受けることを確認した.NO@openC60では,溶液状態で明瞭な1H-NMR信号とESR信号を観測出来たが,室温と極低温条件下で二つの測定結果は相補的なものになった.つまり,室温では1H-NMR信号のみが,低温ではESR信号のみが観測され,その分子磁性が大きく温度依存して,スピン状態の緩和過程が分子磁性を特徴付けている.特に,一酸化窒素NOラジカルは、軸対称なパイ軌道上に不対電子を持つため、電子スピン軌道相互作用が強く影響して、気相状態(無摂動状態)では明瞭なESR信号が得られないが,NO@openC60ではフラーレンケージからの摂動により極低温になると強いESR信号が得られたことは注目される.NO@openC60のスピン状態の詳細な追跡のため,極低温5KでのパルスESR測定を行った,電子スピンエコー磁場掃引(ESEFS)スペクトルは,CWスペクトルと良い対応関係を示した.各共鳴磁場での電子スピンエコー信号減衰変調(ESEEM)スペクトルには,13Cと1Hの核スピンZeeman周波数が観測され,二次元HYSCOREスペクトルに対応する対角ピークが観測されたことから,電子スピン緩和時間T1, T2はサブミリ秒あることが確かめられた.C60やC70などCnフラーレンの中空空間の中に,複数の原子やイオンを内包させ化学反応の場を構築して,ナノサイズ反応容器内での化学反応を電子スピン共鳴(ESR)法で追跡することを行った.炭素ケージをナノサイズ反応容器として用い,窒素原子との反応生成物を孤立・保存させ,高感度なESR検出を行う.ヘリウム原子をC60やC70フラーレンに内包させたHe@C60, He@C70に窒素プラズマ法で窒素原子を衝突させて,HeN@C60, HeN@C70特有のESRスペクトルを観測した.次に,基底状態の窒素原子と水素分子を,フラーレンケージ内・数オングストローム範囲に閉じ込めたときに起こる化学反応を詳細に追跡した.共同研究者である,京大・化研の村田靖次郎教授指導の下で,分子手術法によりH2@C70試料準備し,窒素プラズマ装置の中で,H2@C70を昇華させ(N+H2)@C70を生成し,特徴的なESRスペクトルを得た.得られた室温におけるESRスペクトルは,14N窒素原子とH2分子の共存を証明するスペクトルとして観測できた.しかし,温度を下げて凍結溶液状態で得られたスペクトルは,大きな異方性を示し,その異方性の由来は未解決である.また,既に金属イオン二量体内包フラーレン・イオン(Gd2@C78)-と(Gd2@C80)-の電子スピン共鳴(ESR)測定に成功し,スペクトルを完全に再現するコンピュータ・シミュレーションを実施した.既に予備的シミュレーションから,それぞれのもつ電子スピン双極子相互作用による微細構造定数が,炭素ケージ対称性に大きく依存することが解った.既に,HeN@C60ならびにHeN@C70のESRスペクトルは測定でき解析済みである.また,(N+H2)@C70については,室温で観測されたスペクトルは得ており,解析済みである.ただし,低温における凍結溶液中のESRスペクトルの解析が問題として残っている.また,YやGd金属を2個内包した金属内包フラーレンに,1個余分の電子を加えたときの電子状態の変化についても,ESRスペクトルの測定と解析が進んでいる.ナノサイズ・フラーレンケージ内に原子分子,イオン,金属クラスターを孤立保存して,電子スピン共鳴(ESR)測定で検出し,その解析により,生成物の分子構造や電子・スピン状態を決定する.この手法はナノサイズ容器内にミクロカノニカル状態で分子やクラスターを固定し,高感度ESR検出を組み合わせるという独創的なものである.例えば,窒素プラズマ流の中でフラーレンH2@C70を昇華させ,基底状態の窒素原子と水素分子を,フラーレンケージ内・数オングストローム範囲に閉じ込めたときに起こる化学反応を詳細に追跡した.それは,20世紀最大の発見の一つであるHaber-Bosch法の化学反応機構にも関連する重要な研究であると期待された.結果的には,基底状態の窒素原子と水素分子を,数オングストローム範囲に閉じ込めるだけでは化学反応は起こらず,Haber-Bosch法の化学反応機構理論解析で予言されているように,窒素原子の電子スピン反転が起こらなければ反応は進まないことを確認できた.また,気体状態の酸素分子の基底電子スピン三重項状態を,極低温下でESR検出することに成功した.その結果,フラーレンケージに固定された状態の酸素分子は,気体状態で観測されている基底電子スピン三重項状態を保存していることを確かめた.一般的に不安定なGd金属内包フラーレンのスピン状態を決定することも出来た.Gd@C60(CF3)3のスピン量子数はS=7/2と決定できた.