hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教科や科目の分化と統合を視点とする小・中・高を通した社会系教育カリキュラムの研究

学習指導要領の改訂に向けた議論に重ねて,地理,歴史,公民領域の分化と統合に注目した。特に,「社会的な見方・考え方」の概念を検討し,それを踏まえて,地理や歴史等の領域固有性を軸にした授業のあり方と,領域を横断した授業のあり方について明確にした。また,小・中・高の段階に応じて,それらをどのようにカリキュラムの中に組み込むことができるのかについて,事例を交えて考察を行った。教育実践に向けた授業構成の基本的な視点を提示することができた。本研究では,「教科レベルの統合」「科目レベルの統合」「科目レベルの分化」を枠組みにして,カリキュラム・授業の形態や構成のしかたを中心に分析を進めてきた。本研究は平成29年度までの継続研究課題であったが,より発展的に再構築した研究課題が「研究計画最終年度前年度の応募」に採択されたため,学力形成論に本格的に踏み込んだ理論的・実践的研究へと進展させる予定である。本研究の目的は,教科や科目の分化と統合を視点にして,小・中・高を通した社会系教育カリキュラムの編成原理を総合的に究明することにある。本研究の成果は以下の通りである。第一に,社会系教科と他教科領域の「教科レベルの統合」,社会系教科内での「科目レベルの統合」,そして「科目レベルの分化」を枠組みにして,それぞれのカリキュラムや授業の形態を分析・検討したことである。第二に,以上を踏まえて,小・中・高を通じた社会系教育カリキュラムのあり方について考察したことである。本研究を進める上で基礎となる文献を収集できた。また,当初ねらいとしていた類型化には至らなかったが,この点に関してはある程度想定していたことであったため,個別分析を進めていく中で整理を試みるように計画を修正した。本年度はアメリカ社会科の動向を調査するとともに,一つの個別分析に取り組むことができたので,おおむね順調に進展していると判断した。以下のように進める予定である。第一に,「教科レベルの統合」についての事例分析を重ねるとともに,それをもとにして体系的な整理・検討を行う。第二に,地理や歴史などの「科目レベルの統合」や「科目レベルの分化」の形態について分析を行う。なお,これらについても事例分析を先行させ,その後に体系化をめざすことにする。第三に,これまでの成果をもとにして小・中・高の段階性について検討し,学校・学年段階に応じたカリキュラムの組織・配列のしかたを考察する。社会科教育学資料収集を継続しつつ,統合型と分化型のカリキュラムに大きく分けて,個別分析を進めていく。その際には,「教科レベルの統合」「科目レベルの統合」のような区分をひとまず設け,それぞれについてできるだけ多様な形態が明らかになるように事例を選定したい。それらの分析を通して,類型を整理し体系化していく予定である。また,各類型のカリキュラム構成,授業構成の原理を明確にした上で,小・中・高の段階性を踏まえた考察・検討を加えていく予定である。
生体内不溶物質によるサイズ依存的なIL-1β産生経路の存在

微細粒子/蛋白凝集体はマクロファージ(Mφ)の炎症応答を惹起する。1000 nmと20 nm径のラッテクスビーズ(LxB)は脳Mφ様細胞ミクログリア(MG)のIL-1β産生を誘導したが、100 nm LxBはしなかった。また、アルツハイマー病原因物質であるアミロイドβ(Aβ)凝集体の中で数ナノメーター径のAβオリゴマーはMGのIL-1β産生を誘導したが、繊維状Aβはしなかった。さらに、AβオリゴマーによるMGのIL-1β産生は活性酸素種(ROS)および蛋白分解酵素cathepsin B依存的であった。よって、微細粒子/凝集体のサイズ/形状はMGのIL-1β産生に影響することが示された。マクロファージ(Mφ)等の免疫系細胞は、外来性だけでなく内因性の微細粒子および蛋白凝集体を捕捉しサイトカイン産生を介して炎症応答を惹起する。本研究では、ラテックスビーズ(LxB)、アミロイドβ凝集体および尿酸結晶等のMφおよび脳マイクログリア(MG)に対する炎症性サイトカインIL-1β産生誘導機構について検討する。平成25年度の研究から以下の結果を得た。先に、骨髄由来Mφをリポ多糖と共に1,000、100および20 nm径のLxBで刺激すると1,000および20 nmのサイズのものが、それぞれROSおよびcathepsin B依存的にIL-1β産生する事を示した。そこで、同様にMGにもLxBサイズ依存的なIL-1β産生経路が存在するかを検討した。生後5日目のマウス脳より初代MGを調製し、リポ多糖とLxBで刺激したところ、骨髄由来Mφと同様に20 nm LxBでのみ細胞内に大きな空胞が形成された。次に、同様にMGを刺激し、活性酸素種(ROS)阻害剤N-acetyl-cysteine (NAC)およびcathepsin B阻害剤CA-74-MeのIL-1β産生に対する作用を見た。その結果、1,000および20 nm LxBによるIL-1β産生は共にNAC(2.5 mM)の影響を受けなかった。一方で、20 nm LxBによるIL-1β産生はCA-74-Me(5 μM)により阻害されたが、1,000 nm LxBの場合は影響が認められなかった。他の炎症性サイトカインTNF-αおよびIL-6の産生はCA-74-Meの影響を受けなかった。よって、少なくともMGは、20 nm LxBに対してCathepsin B依存的かつROS非依存的経路でIL-1β産生を生じる事、すなわちMGのIL-1β産生にLxBのサイズに依存した細胞内応答経路が存在する事が明らかになった。外因性及び内因性の微細粒子/蛋白凝集体は、マクロファージ等からの炎症性サイトカインIL-1βの産生を誘導し様々な炎症性疾患を引き起こす。平成25年度はラテックスビーズを用いてマウス脳マイクログリア(MG)における、ビーズサイズ依存的なIL-1β産生経路の存在を示した。26年度は、MGを用いて、アルツハイマー病の原因物質であり異なるサイズ/形状を持つ凝集体を形成するアミロイドβ(Aβ)のIL-1β産生誘導について検討した。始めにAβ(1-42)ペプチドをRPMI培地又は100 mM HClに溶解し、それぞれoligomerおよびfibril凝集体を作製した。これら凝集体の形状/サイズを電気泳動及び原子間力顕微鏡で確認した。Fibril凝集体には若干のoligomerの混在を認め、これを遠心洗浄することで除いた。次にこれらの凝集体をリポ多糖と共MGに加え、IL-1βの産生を検討したところ、oligomerにのみ産生誘導能が見られた。この際、oligomerおよびfibril凝集体ともにMGに取り込まれることを免疫染色にて確認した。次に、Aβを取り込んだ食胞の不安定化に起因するcathepsin Bの細胞質への漏出を検討した結果、oligomerのみに同現象が確認された。さらに、cathepsin B阻害剤CA-076-Meを加えたところMGからのIL-1β産生が低下した。さらに、cathepsin Bと並んでIL-1β産生に働くとされるreactive oxygen species (ROS)の阻害剤N-acetyl cysteine(NAC)を用いたところ、IL-1βの産生が低下した。

以上の結果から、アルツハイマー病の原因物質であるAβ凝集体の中で,oligomerがMGからのIL-1β産生をcathepsin BおよびROS依存的に誘導する事が明らかとなった。免疫生物学前述の様に、LxBを用いてMGにも粒子サイズ依存的なIL-1β産生応答経路が存在する事を明らかにした。この結果は、今後のアミロイドβ凝集体および尿酸結晶を用いる研究の基盤になるものである。一方、MGに対するシリカのサイズ依存的な影響は、当初コンパクターによるシリカの分級を検討していたが、市販のものが利用できるようになったため、これを用いて再検討する事とした。現在、当該シリカの粒径、ゼータ電位および比表面積などの物性の測定を進めている。25年度のLxBの結果を基に、生体内で凝集体を形成するアミロイドβ(Aβ)についても、その形態がMGのIL-1β産生に影響するかを検討する。すなわち、Aβはナノメータ径のoligomerと繊維状のfibrilを形成するので、その両者でMGにおけるIL-1β産生誘導能および産生経路の違いを検討する。その為に、in vitroでAβペプチドよりoligomerとfibrilを作製し、原子間顕微鏡で形状を確認した後に、MGの刺激に用いる。この際に、前述の阻害剤を用いて、IL-1β産生におけるAβ形状依存的な細胞応答経路の有無を検討する。Aβに加えて、生体内で生成するmonosodium urate(MSU)結晶についても、同様にIL-1β産生とそのサイズおよび形状の違いとの相関を検討する。その為に、MSUを遠心により粗分画し骨髄由来Mφ等に加え、IL-1β産生を上記阻害剤を交えて検討する。また、MSUは脂肪酸と結合し、TLR2を介してIL-1β産生に働くとの報告もあるので、この刺激におけるIL-1β産生経路についても検討する。以上の実験から、生体内で生じる粒子および凝集体においても、それらの形状およびサイズによって細胞が異なる応答を示す事を明らかにすると共に、それらが関与する疾患の新たな治療法開発の基盤を提供する。
細胞性免疫に関与する昆虫サイトカインの微生物感染による活性化機構の解析

昆虫が細菌やカビなどの微生物に感染した場合、体液中で液性と細胞性の免疫反応が起こる。ENFペプチドは昆虫サイトカインとして多様な生理活性をもつことが明らかになっており、そのひとつである血球活性化作用は細胞性免疫反応と密接な関係がある。ENFペプチドは普段体液中では不活性なENFペプチド前駆体として存在しており、昆虫が微生物に感染するとENFペプチド前駆体が限定加水分解されて活性化すると考えられている。本研究の目的はこのサイトカイン前駆体の活性化機構を解析し、昆虫の微生物感染に対する細胞性免疫反応と液性免疫反応の連携の分子機構ついて理解を深めることである。研究期間内にカイコのENFペプチド前駆体活性化酵素(pENF processing enzyme;pEPE)の同定、組織における局在性、発現調節機構及び液性免疫系とこの酵素の相互作用について検討した。研究初年度にカイコ血液からのpEPEの精製法を確立し、次年度にはpEPEの構造解析をLC-MS解析及び部分配列解析を行い、cDNAより一次配列情報を得た。また、pEPEの組換え体発現系を確立し、大腸菌発現系から調製した組換え体を抗原としてpEPEに対する特異抗体を得た。さらに昆虫細胞発現系を用いて組換え体pEPEの精製標品を調製に成功した。これらを用いて最終年度にpEPEの局在性と発現様式を調べたところ、pEPEは血球細胞の顆粒細胞と小球細胞の顆粒内に高濃度で存在しており、細菌や真菌の感染により誘導的に発現することが明らかになった。また、pEPEの構造解析からpENE自体がENFペプチドと同様に前駆体として発現していることが明らかになったが、pEPE前駆体の活性化と液性免疫系であるメラニン形成系との連携については否定的な結果を得ており、細菌や真菌の感染からpEPE前駆体の活性化をつなぐ新たな経路の存在を示唆するに至った。普段体液中では不活性な前駆体として存在しているENFペプチド前駆体(proENF)は、微生物に感染すると限定加水分解されて活性化すると考えられている。本研究はこのサイトカイン前駆体の活性化機構を解析し、昆虫の微生物感染に対する細胞性免疫反応と液性免疫反応の連携の分子機構ついて理解を深めることを目的にしている。研究期間内にカイコのENFペプチド前駆体活性化酵素(pENF processing enzyme;pEPE)の同定、組織における局在性、発現調節機構及び液性免疫系とこの酵素の相互作用について検討する予定である。このうち、pEPEの精製は平成23年度にほぼ終了し,24年度は以下の研究を行う計画であった。1. pEPEの構造解析:精製標品の部分配列解析をもとにハイブリダイゼーション用のプローブを調製し、定法に従いcDNAのクローン化を行う。得られた一次配列情報よりその機能や構造について推定し、pEPE自体が限定加水分解などにより活性化される可能性について検討する。2. pEPEの組換え体発現系:得られたcDNAクローンを元に大腸菌と昆虫細胞を用いた発現系を確立し、組換え体と特異抗体を調製する。3. pEPEの発現様式:カイコ組織におけるpEPE mRNAの発現様式を調べ、細菌や真菌の感染による発現制御の可能性について探る。このうち、構造解析及び組換え体発現系の確立は終了し,pEPEの発現様式を調べている最中である。

また、pEPEの構造解析からpENE自体がENFペプチドと同様に前駆体として発現していることが明らかになったが、pEPE前駆体の活性化と液性免疫系であるメラニン形成系との連携については否定的な結果を得ており、細菌や真菌の感染からpEPE前駆体の活性化をつなぐ新たな経路の存在を示唆するに至った。昆虫が細菌やカビなどに感染した場合、液性と細胞性の免疫反応が体液中で起こる。昆虫サイトカインであるENFペプチドは多様な生理活性をもつことが報告されており、そのひとつに細胞性免疫反応と密接な関係がある血球活性化作用がある。ENFペプチドは普段血液中では前駆体として存在しており、微生物に感染するとENFペプチド前駆体が限定加水分解されて活性化すると考えられている。本研究はこのサイトカイン前駆体の活性化機構を解析し、昆虫の微生物感染に対する細胞性免疫反応と液性免疫反応の連携の分子機構ついて理解を深めることを目的にしている。研究期間内にカイコのENFペプチド前駆体活性化酵素(pENF processing enzyme;pEPE)の同定、組織における局在性及び発現調節機構などを明らかにし、液性免疫系に関与するタンパク質とこの酵素の相互作用について詳細に検討する予定である。このうち、平成23年度は,以下の研究を行う計画であった。1. pEPEの精製: ENFペプチド前駆体の組換え体を基質に用いてpEPEの検出系を確立した後、カイコ血漿画文を数リットル用意し、各種クロマトグラフィー用カラムを駆使してpEPEの精製を行う。2. pEPEの構造解析:精製標品の部分配列解析をもとにハイブリダイゼーション用のプローブを調製し、定法に従いcDNAのクローン化を行う。得られた一次配列情報よりその機能や構造について推定し、pEPE自体が限定加水分解などにより活性化される可能性について検討する。1.に関しては,pEPEの精製はほぼ終了し,LC-MS解析により部分配列情報を得ている最中である。2.の構造解析はLC-MS解析結果を元に行うことから次年度に先送りし、平成24年度の予定を前倒ししてpEPEの性状を解析した。研究目的にあげた3つの項目のうち、1. pEPEの構造解析についてはLC-MS解析及び部分配列解析を行い、cDNAより一次配列情報を得た。また、2. pEPEの組換え体発現系の確立は順調に実施し、大腸菌発現系から調製した組換え体を抗原としてpEPEに対する特異抗体を得ることができ、昆虫細胞発現系を用いて組換え体pEPEの精製法を確立した。現在、昆虫細胞発現系からの組換え体pEPE精製標品を大量調製しており、平成25年度に予定している血球突起伸長反応の解析や液性免疫系との連携を調べるために使用する計画である。3. pEPEの発現様式に関しては定量的RT-PCR法により発現組織を特定したが、pEPEに対する特異抗体を用いた局在性の解析は引き続き行う予定である。以上のことから研究はほぼ順調に進展していると考えている。研究目的にあげた2つの項目のうち、1. pEPEの精製については、pEPEの体液中の濃度が低いことと生体防御系を活性化させずに大量の体液を採集することが困難であることから、平成23年度はpEPEの同定に集中する予定であった。pEPEの体液中の濃度が予想以上にに低かったため予定より時間が掛かったが、pEPEの精製はほぼ終了した。現在、部分配列情報を得ているため精製標品をLC-MSにより分析中である。そのため、2. pEPEの構造解析はLC-MS解析後に行うことにし、平成24年度に予定していたpEPEの性状の解析を前倒しして行った。
新光合成：光エネルギー変換システムの再最適化

若手・中堅研究者の海外派遣事業に関しては5名派遣し、それぞれがイタリアでのインターンシップに参加、中国での第1回アジアオセアニア光合成国際会議(AOICP2018)に参加、イタリアでの共同研究を実施、フランスでの共同研究を実施した。一方、若手研究者を共同研究実施のために国内へ招聘する事業に関しては3名をアメリカ合衆国から招聘し、シンポジウムでの研究発表・研究打合せ・セミナーを実施することにより、日本側の若手研究者を含めた国際的な共同研究の機会を作り、さらに最新の研究成果の情報交換を行った。第5回国際ワークショップは日本植物生理学会(名古屋)において、トロント大、ケンブリッジ大、ハノーファー大より研究者を招聘し、シンポジウム「Find out the mechanismsupporting C4 photosynthesis、C4光合成を支える仕組みを解く」を開催。海外派遣は、イタリアでのインターンシップに1名、中国での第1回アジアオセアニア光合成国際会議の若手研究者の討論会に2名、ミラノ大での共同研究の実施のために1名、仏CNRS-Sorbonne Universityでの共同研究の実施のために1名を派遣した。海外招聘については、立命館大学・大阪大学・岡山大学へ研究打合せとシンポジウムでの研究発表のために米アリゾナ大から博士を招聘、京都大学・福岡大学・岡山大学・大阪大学へ研究打合せとセミナー実施のために米MITから博士を招聘、東北大学・基礎生物学研究所へ研究打合のため、米American Museum of Natural Historyから博士を招聘した。10月から11月頃にはMatthias Rogner博士(Ruhr University Bochum)を岡山大学・大阪大学・東京工業大学に招聘する。また、若手研究者を中心に、海外の大学・研究所へ派遣の希望者を募集する。特に、Gordon conferenceのような合宿形式で研究討論をおこなう国際会議に若手研究者を派遣することを重視する。若手中堅研究者の海外派遣事業に関しては、1名の若手研究者をドイツに派遣した。また、2名の若手研究者をアメリカ合衆国とドイツに派遣する準備を進めた。優れた実績をもつ海外の研究室主催者もしくはそのグループで活発な研究を進めている若手研究者の我が国への招聘事業に関しては、1名の若手研究者を共同研究実施のために国内に招聘する準備を進めた。国際研究集会の開催に関しては、平成27年12月に京都にて勉強会を開催した。さらに平成28年3月に鹿児島で行われた日本植物生理学会に際し、海外第一線の研究者を招いた国際シンポジウムを開催し、またその後、国際ワークショップを開催した。国際共同研究の推進のために若手・中堅研究者の海外派遣と海外の優れた研究者の招聘への助成を行うことを、2016年9月22日にで開催された本領域の公募班の公募説明会において紹介した。その結果、各計画班の若手研究者から海外派遣の申請が3件と海外の研究者の招聘の申請が1件あり、総括班で議論した結果、すべての申請が認められた。本年度に派遣を終了したのはドイツのUniversity of BielefeldのKarl-Josef Dietz教授の研究室への1件のみで、残りの2件の派遣と1件の招聘は2017年度の前半に予定している。ドイツへの派遣ではチオレドキシンが抗酸化システムに与える影響を分析する測定技術の習得が行われ、今後の研究の進展に大いに役立つと期待されている。国際研究集会の開催については、2017年9月6日、京都において、Michael Hippler博士(ミュンスター大)とMarc Nowaczyk博士(ルール大)を招聘し、第2回国際ワークショップを開催した。さらに、2018年2月27日岡山、また3月1日京都において、Himadri B. Pakrasi博士(ワシントン大)を招聘し、第3回国際ワークショップを開催した。また、2018年11月に倉敷で開催予定の国際会議に向けて、招聘する演者を決定する等、準備を行った。若手・中堅研究者の海外派遣事業に関しては、2名の若手研究者をそれぞれアメリカ合衆国とフランスへ派遣した。また、2名の若手研究者をイタリアおよびドイツへ派遣する準備を進めた。若手研究者を共同研究実施のために国内へ招聘する事業に関しては、2名の研究者を東北大学と東工大へ招聘し共同研究を実施した。さらに、3名の研究者を大阪大学、東北大学、岡山大学へ招聘する準備を進めた。さらに、より多くの若手研究者を派遣・招聘するため、応募要項を改定し、国際支援事業を利用しやすくなるよう改善した。本年度は、3名の研究者を招聘し、第2回と第3回の国際ワークショップを開催し、本領領域研究に関連する話題について有意義な情報交換を行った。領域内外の多くの研究者が議論に参加した。また、Pakrasi教授との間で、2019年に米国の関連する研究者を多数招聘し、クローズドのワークショップを開催することで、共同研究を強く活性化する相談がまとまった。派遣については、2名の若手研究者(明治大・博士研究員、電力中央研究所・主任研究員)をそれぞれ米国・カリフォルニア大学サンディエゴ校のSusan Golden教授のグループとフランス国立農学研究所ボルドーセンターに派遣した。それぞれ共同研究を実施し、新しい実験技術の習得、情報交換、今後の共同研究の継続の打合せ等を行った。招聘に関しては、2名の若手研究者をポルトガルのUniversidate Nova de Lisboaと英国・Imperial College Londonから招聘し、光合成に関する共同研究を実施した。招聘期間中の共同研究をきっかけとして、その後も共同研究を継続していくための議論も行った。

一方、若手研究者を共同研究実施のために国内へ招聘する事業に関しては3名をアメリカ合衆国から招聘し、シンポジウムでの研究発表・研究打合せ・セミナーを実施することにより、日本側の若手研究者を含めた国際的な共同研究の機会を作り、さらに最新の研究成果の情報交換を行った。第5回国際ワークショップは日本植物生理学会(名古屋)において、トロント大、ケンブリッジ大、ハノーファー大より研究者を招聘し、シンポジウム「Find out the mechanismsupporting C4 photosynthesis、C4光合成を支える仕組みを解く」を開催。海外派遣は、イタリアでのインターンシップに1名、中国での第1回アジアオセアニア光合成国際会議の若手研究者の討論会に2名、ミラノ大での共同研究の実施のために1名、仏CNRS-Sorbonne Universityでの共同研究の実施のために1名を派遣した。海外招聘については、立命館大学・大阪大学・岡山大学へ研究打合せとシンポジウムでの研究発表のために米アリゾナ大から博士を招聘、京都大学・福岡大学・岡山大学・大阪大学へ研究打合せとセミナー実施のために米MITから博士を招聘、東北大学・基礎生物学研究所へ研究打合のため、米American Museum of Natural Historyから博士を招聘した。本年度は派遣と招聘への助成の案内を年度の途中から行ったため、本年度中の派遣と招聘は準備期間が十分でなく、実績を多く残せなかった。しかし、計画班の若手研究者からの申請は2件残っており、さらに本年度からは公募班が参加するため、申請が大幅に増えると期待される。さらに5月に開催される領域会議で本領域研究における国際共同研究の推進の重要性と海外派遣と招聘の募集を案内し、派遣を終了した研究者の成果報告を紹介する。公募班が加わったので、国際ワークショップのアイデアを募り、国際共同研究を推進する。2018年に開催予定の国際シンポジウム(岡山大学と共同開催)の準備を開始する。今年度は、公募班が参加して初年度ということもあり、公募班からの国際ワークショップの提案がなかった。領域会議等で積極的にワークショップの開催を呼びかける。また2018年度倉敷で開催する国際シンポジウムの準備をすすめるとともに、二国間形式のクローズドなワークショップを企画し、実質的な交流を活性化する。若手研究者の派遣数を増やすため、共同研究だけでなく濃密な研究発表および議論が行われるGordon会議への参加を促すよう応募要項を改定した。領域会議の場を利用して、若手研究者・大学院生に海外の研究者との共同研究を積極的に進めることの重要性を案内した。招へい研究者は2名受け入れたが、今後共同研究をより実質的なものとするために、滞在期間をより長く取れるよう配慮をすることを決めた。
光合成を模倣した有機太陽電池の開発

自然界の光合成を模倣した電荷分離システムを構築するため、これまでに様々なポルフィリン(ドナー)-フラーレン(アクセプター)連結化合物を合成し、その光化学挙動を明らかにされてきた。しかしながら、このような光合成反応中心モデルシステムを高効率エネルギー変換デバイスとして効果的に応用した例はほとんどない。そこで、本研究では自然界の光合成のような分子集合体に基づく全く新規な光電変換デバイスを作製を試みるため、まず、ポルフィリンを修飾したデンドリマー及びアルカンチオール金微粒子の合成を行い、ポルフィリンとフラーレンの間の三次元的な立体構造の制御に基づいた一連の新規有機太陽電池を開発した。混合分子クラスターの作製方法としてまず、ポルフィリン及び過剰量のフラーレン(C_<60>)のトルエン溶液を用意し、それを三倍体積量のアセトニトリルと混ぜ合わせることよりに混合分子クラスターを作製した。さらにこの分子クラスターを酸化スズ透明電極上に電圧をかけることにより、混合分子クラスター修飾酸化スズ電極を作製した。これらの光電気化学特性についてはNaI 0.5M及びI_2 0.01Mのアセトニトリル溶液を電解液とした湿式二極系を用いて検討した。紫外可視吸収スペクトルの測定から、酸化スズ透明電極上での混合分子クラスターは可視光領域のみならず、近赤外領域まで幅広くかつ高い吸収特性が観測された。また、分子クラスターの形成においてポルフィリン分子集合体を用いた場合、その単量体と比較して、光電流発生のアクションスペクトルが可視光領域全体にわたり効果的に観測された。これはポルフィリンとフラーレンの間の超分子集合体形成が光エネルギー変換において重要な役割を果たすことを示すものである。エネルギー変換効率としては現在最適の系では1.5%に達している。本研究では、光合成型有太陽電池の実用化に向け、光吸収能及び電子移動特性に優れたポルフィリンを用いて、構成分子の励起状態の失活を抑えるITO電極上にポルフィリン自己組織化単分子膜の作製を行った。特に、自己組織化単分子膜は単分子であるために光の吸収効率が低いことが問題となっている。従って実用化には光の吸収効率の向上および吸収波長領域の太陽光分布との一致、さらに高効率な電荷分離の形成が必要となる。メソ位で連結したポルフィリンオリゴマーは上記の前者の要請を満たす特性を有している。そこで、まず光吸収能の改善を目指しポルフィリンオリゴマーであるポルフィリンテトラマー(4量体)を共有結合で連結させて単分子膜を作製し、その光電変換特性および電極上でのキャラクタリゼーシヨンの検討を行った。比較としてポルフィリンモノマー(単量体)及びポルフィリンダイマー(二量体)の自己組織化単分子膜を作製した。ポルフィリンの合成はリンゼー法を用いて合成し、オリゴマー化にはスズキクロスカップリング及びトリフルオロリン酸銀を用いてメソ位で連結したポルフィリンダイマー及びポルフィリンモノマーの合成を行った。さらにこれらをシラン化合物を用いてITO電極とポルフィリンを共有結合で修飾した自己組織化単分子膜を作製した。まず、その紫外可視吸収スペクトルの測定を行ったところ、ポルフィリンの数をモノマー、ダイマー、テトラマーと増やしていくに従い、波長領域の大幅な広域化が観測され、特にポルフィリンテトラマーでは可視領域大きくカバーすることに成功した。また、電極上のポルフィリンのSoret帯は溶液中のポルフィリン参照化合物に比べて長波長シフトし、ブロードになった。これは電極上のポルフィリンの相互作用によるものと考えられる。一方、これらの光電気化学特性を電解質溶液に犠牲剤としてトリエタノールアミンを添加した湿式3極系で評価した。420nm光励起の同一条件下での光電流発生の量子収率を測定したところポルフィリンモノマー、ダイマー及びテトラマーはそれぞれ、1.7±0.3%、2.6±0.3%、3.2±0.4%となった。また、単位電極面積の吸着分子モルあたりのアクションスペクトルの積分値はモノマーの系と比較してダイマーでは2.5倍、テトラマーでは6.5倍となった。従って、単一波長の光電流発生の量子収率のみならず、可視光領域全体での光電変換特性でもポルフィリンをオリゴマー化することによりその効果が顕著に現れた。本研究では、光合成型有機太陽電池の実用化に向け、光吸収能及び電子移動特性に優れたポルフィリンを用いて、色素分子の分子設計・合成を含めた種々の光電変換システムの構築及びその評価を行った。はじめに、ポルフィリンの励起状態の失活を大幅に抑えることがわかっている半導体のITOに可視光領域内で効果的に光捕集を行うことができるメソ位で連結したポルフィリンオリゴマーを修飾した自己組織化単分子膜(SAMs)を作製した。その結果、ポルフィリンオリゴマーSAMsではモノマーSAMsと比較して可視光領域内におけるアクションスペクトルの積分値の比較により一分子あたり、アノード・カソード両方向の電流に対して、6.5倍以上の光電変換機能があることがわかった。さらに、ESRスペクトル等によりメソ位で連結したポルフィリンオリゴマーでは一電子酸化状態において電子の非局在化が観測され、光電流発生の向上に大きく寄与していることを見出した。次に、単分子膜では光捕集能に限界があるため、ポルフィリンを極性-非極性混合溶媒を用いて分子クラスターを形成させ、それを電析により酸化スズ透明電極上に集合化させた。集合化に関する様子はTEM及びAFM等から分子クラスター形成の様子をはっきりと確認することができた。

さらに、光電変換特性について検討を行ったところ、可視光領域内において幅広くポルフィリンクラスターを介した光電流発生が観測された。このようにポルフィリンクラスターに基づいた光電変換システムの構築に初めて成功した。さらに、ポルフィリンにフラーレンを導入した混合クラスターを用いて酸化スズ電極上に電析を用いて集合化させた。光電流発生について検討を行ったところ、ポルフィリンとフラーレンの間の分子間電荷分離が光電流発生の増加に大きく寄与していることを見い出した。また、ポルフィリンとフラーレンの三次元的な立体構造を効果的に制御するために、ポルフィリンアルカンチオール修飾金コロイドとフラーレンを用いて混合クラスターを作製した。フラーレンの添加濃度のみならず、アルカンチオールの鎖長に依存して光電変換特性も大きく向上がみられ、IPCE値最高54%、エネルギー変換効率1.5%を得ることができた。自然界の光合成を模倣した電荷分離システムを構築するため、これまでに様々なポルフィリン(ドナー)-フラーレン(アクセプター)連結化合物を合成し、その光化学挙動を明らかにされてきた。しかしながら、このような光合成反応中心モデルシステムを高効率エネルギー変換デバイスとして効果的に応用した例はほとんどない。そこで、本研究では自然界の光合成のような分子集合体に基づく全く新規な光電変換デバイスを作製を試みるため、まず、ポルフィリンを修飾したデンドリマー及びアルカンチオール金微粒子の合成を行い、ポルフィリンとフラーレンの間の三次元的な立体構造の制御に基づいた一連の新規有機太陽電池を開発した。混合分子クラスターの作製方法としてまず、ポルフィリン及び過剰量のフラーレン(C_<60>)のトルエン溶液を用意し、それを三倍体積量のアセトニトリルと混ぜ合わせることよりに混合分子クラスターを作製した。さらにこの分子クラスターを酸化スズ透明電極上に電圧をかけることにより、混合分子クラスター修飾酸化スズ電極を作製した。これらの光電気化学特性についてはNaI 0.5M及びI_2 0.01Mのアセトニトリル溶液を電解液とした湿式二極系を用いて検討した。紫外可視吸収スペクトルの測定から、酸化スズ透明電極上での混合分子クラスターは可視光領域のみならず、近赤外領域まで幅広くかつ高い吸収特性が観測された。また、分子クラスターの形成においてポルフィリン分子集合体を用いた場合、その単量体と比較して、光電流発生のアクションスペクトルが可視光領域全体にわたり効果的に観測された。これはポルフィリンとフラーレンの間の超分子集合体形成が光エネルギー変換において重要な役割を果たすことを示すものである。エネルギー変換効率としては現在最適の系では1.5%に達している。
膜輸送体による食後過血糖抑制機構の解明と過血糖抑制に働く新規生体内基質の探索

我々は、生体内のほぼすべての臓器に存在し、主に有機カチオン性化合物を認識して細胞内に取り込む膜輸送体solute carrierについて、その生体内での役割を解明する目的で、遺伝子欠損マウスを作製した。メタボローム解析を行ったところ、絶食時の小腸組織において糖新生の変化を示唆するデータを得た。その詳細な分子機構は不明であるが、新たな血糖調節機構や糖尿病をはじめとする代謝性疾患の病態解明につながる可能性がある。そこで、本研究では糖代謝のどこにOCTN1が関与するかを解明するとともに、その生体内基質の探索を目的とした。絶食時のoctn1遺伝子欠損マウス(KO)小腸組織では、野生型マウス(WT)と比較して10種のアミノ酸濃度と糖代謝基質であるリンゴ酸の濃度が有意に高かった。この原因として、絶食時に組織中で起こる糖新生へのOCTN1の関与が考えられる一方、これまでOCTN1による糖や糖代謝物の輸送は知られていない。そこで本年度は、代謝経路のどこにOCTN1が関与するかを解明するため、OCTN1安定発現細胞株(HEK293/OCTN1)を用い、糖新生に関わるアミノ酸とTCA回路基質に着目してメタボローム解析を行った。この際、水溶性が高くLCカラムに保持しづらいアミノ酸ないし代謝物に対して、アミノ基の誘導体化を試みた。また、糖新生を見やすくする目的でグルコース低濃度の飢餓培養も行った。培養後のHEK293/OCTN1を可溶化、誘導体化後、LC-MS/MSでアミノ酸を定量した。その結果、通常培養下では、空ベクター導入細胞(mock)に比べ、HEK293/OCTN1で5種の必須アミノ酸の細胞内濃度が有意に高く、必須アミノ酸の細胞内への取り込みまたは代謝にOCTN1が関与することが示唆された。また、α-ケトグルタル酸からリンゴ酸までの化合物の細胞内濃度がmockと比べてHEK293/OCTN1において有意に高い一方、クエン酸では変化がないことから、OCTN1がリンゴ酸からオキサロ酢酸を経てクエン酸を生成する経路に関与することが示唆された。この経路にはクエン酸シンターゼやリンゴ酸デヒドロゲナーゼが働くことから、これらの活性に影響する可能性が考えられる。一方、飢餓培養下ではTCA回路基質のほとんどが定量限界以下であった。本研究により、OCTN1が必須アミノ酸の取り込みないしは代謝に関与する可能性が示唆されるとともに、アミノ酸及びTCA回路基質のLC-MS/MSによる定量系が構築できた。アミノ酸やその代謝物などアミノ基を有する内因性物質の一斉分析に不可欠な誘導体化反応を確立し、有機化学者との共同研究によって誘導体化に必要な試薬の合成に成功した。さらに、得られた誘導体をLC-TOFMSを用いて分析し、精密分子量を測定することも可能となった。また、誘導体化を行うことができないTCA回路基質の一斉分析についても、アミドカラムやHILICカラム等の特殊な分析条件を用いたLC-MS/MSを用いた定量系を構築できた。これらの確立された定量系は、今後の本研究の遂行において有用であることから、研究のさらなる発展が期待される。実際、今年度の検討においても、膜輸送体OCTN1による糖代謝、アミノ酸代謝への影響を、これら測定系を用いて検出することができたことから、来年度はさらに詳細な解析を行うことで、当該膜輸送体が代謝過程のどの反応に関与しているかを特定できるものと考えている。昨年度に実施したTCA回路基質の一斉分析の結果から、膜輸送体OCTN1が必須アミノ酸の細胞内への取り込みないしは代謝や、TCA回路の働きに関与する可能性が示唆された。しかしながら、さらなる詳細な検討を行ったところ、LC-MS/MSで測定されたTCA回路基質濃度は、培養条件ごとの変動が大きく、OCTN1安定発現細胞株と空ベクター導入細胞の間で必ずしも明確な濃度の違いが観察されず、どの代謝反応にOCTN1が関与するかを特定することができなかった。そこで、関与する代謝過程を直接検討するため、引き続き安定発現細胞株および空ベクター導入細胞を用い、細胞に重水素標識グルコースないしはグルタミン酸を添加後の、TCA回路基質の濃度変化の一斉分析を試みた。しかし、明確な代謝過程の時間推移を検出することができず、この手法ではどの過程に関与するかを突き止めることはできなかった。そこで、他の手法を用いて仮説の検証を行うことを目的として、糖代謝に及ぼす定量的役割の解明を試みた。すなわち、両細胞株にグルコースを添加し、培地中からのグルコースの減少速度を観察したところ、両細胞で糖代謝によると思われるグルコース濃度の減少が観察されたものの、通常培養下、飢餓培養下ともに両細胞間での違いはなかった。一方、TCA回路基質であるピルビン酸で同様の検討を行ったところ、空ベクター導入株では経時的に減少の後、回復傾向が見られたのに対し、遺伝子導入細胞では経時的な減少のみが見られた。両細胞株間の違いは、飢餓培養下でも同様であった。これらの結果は、OCTN1がピルビン酸の消費ないしは合成過程に関与している可能性を示し、TCA回路における役割が支持された。今後は、より生理的な培養細胞と遺伝子ノックダウンの手法を組み合わせることにより、糖代謝に及ぼす役割を定量的に解明できるものと考えられた。

メタボローム解析を行ったところ、絶食時の小腸組織において糖新生の変化を示唆するデータを得た。その詳細な分子機構は不明であるが、新たな血糖調節機構や糖尿病をはじめとする代謝性疾患の病態解明につながる可能性がある。そこで、本研究では糖代謝のどこにOCTN1が関与するかを解明するとともに、その生体内基質の探索を目的とした。重水素ないしC13標識したアミノ酸やグルコースを添加培養した後の各代謝物の経時的な変化を、本年度に確立された測定系を用いて捉える予定である。すでに、予備的な検討を行っているが、予想以上のバックグランドが検出されるため、定量的な解析が困難なことが予想される。このため、TOFMSを用いた精密分子量測定による定量を試みるなど、実験系の改善が余儀なくされる。しかしながら、LC-TOFMSは実験にかかる時間やコストの問題もあるため、他のアプローチも並行して行うことを考慮する必要がある。一案として、種々のperturbationをかけることを考えている。例えば、各代謝物を過剰濃度添加した系、各反応過程の阻害剤を共存させた系などを組み合わせ、代謝物の経時変化を追うことを予定している。経時変化を速度論解析することによって、OCTN1が関与する代謝反応を同定し、糖新生への関与を解明する。並行して、現在用いているOCTN1安定発現細胞株(HEK293/OCTN1)以外の細胞系の応用も検討する。外来遺伝子を過剰発現する現在の系では、OCTN1による影響が見やすいという利点がある一方、過剰発現によるartifactを否定することができない。そこで、OCTN1を内因性に発現する種々の細胞系を用い、OCTN1の影響を見るためにその遺伝子ノックダウンや化合物による阻害を検討する。具体的には予備検討において食後過血糖への関与が示唆される小腸の上皮細胞モデルとしてCaco-2細胞を予定している。ただし、Caco-2細胞における遺伝子ノックダウンはその効率が不十分なことも想定されるため、他の培養細胞も合わせて検討する予定である。薬物動態学
ナノチューブ添加複合材料の力学的性質におけるナノサイズ効果

カーボンナノチューブ(CNT)を添加した高分子複合材料の力学的性質に関して近年多数の研究報告がなされているが,CNTの添加効果は系に依存して大きく異なり,必ずしも力学的性質の向上が得られるとは限らない。これは,高分子とCNTの相互作用が高分子の種類やCNT表面の状態に依存することの他に,CNTの凝集体が破壊の起点となることや,試験片形状の影響などが考えられる。本研究では,CNT,気相成長炭素繊維,カーボンブラック(CB)などを添加した高分子複合材料の変形・破壊過程におけるシンクロトロン放射光小角X線散乱時分割測定を行って,破壊の前駆構造であるクレーズの生成・成長・クラックへの転化挙動を解明し,CNTの有する高強度・高アスペクト比・ナノサイズがもたらす本質的な効果を明らかにした。CNT及びCBを添加すると高分子の破壊靭性はいずれも増加したが,CNTはCBに比べてより大きな添加効果を示した。CBはクレーズが生成するサイトの数を増加させる効果があるが,CNTの場合には,CNT固有の性質及び形状に起因してクレーズが成長するために必要な仕事を増加させる効果があることが明らかとなった。表面ノッチを導入したフィルムは側面ノッチを導入したフィルムと比較して著しく大きなCNT添加効果を示した。Essential work of fracture法及び有限要素法を用いて解析した結果,表面ノッチを導入したフィルムは側面ノッチを導入したフィルムと比較して塑性変形領域の割合が著しく大きく,これに起因して両試験片形状間でCNT添加効果に顕著な相違が生じることが明らかになった。以上を総括すると,本研究では,CNT固有の性質及び形状に起因して発現する本質的な添加効果を明らかにし,その効果が有効に発現する材料形状を見出した。従来用いられてきた数マイクロメーターの直径を有する強化繊維を分散させた高分子マトリックス複合材料においては,繊維によるき裂面のブリッジング効果,マトリックスからの繊維の引き抜き,繊維端部でのマトリックスの塑性変形などが破壊強度や破壊エネルギーの増加に寄与することが知られている。一方,ナノメータースケールのフィラーを分散させた系では,フィラーのサイズがマトリックス樹脂の構造要素である結晶子や非晶領域,破壊の前駆構造であるクレーズなどのサイズと同程度であることから,従来の強化材料とは異なる強化機構が発現すると予想される。本研究では,ナノサイズのフィラーによる強化機構を明らかにすることを目的として,カーボンナノチューブやカーボンブラックで強化したポリエチレンテレフタラートの変形・破壊過程における構造変化を放射光小角X線散乱(SAXS)の時分割測定に基づいて解析した。また,本予算で導入した熱分析装置を用いて,これらのフィラーによる結晶核剤効果を検討した。引張変形過程における試料のSAXS像には,変形によって生じたクレーズに基づくクロス状散乱パターンが観察された。フィーラーの有無及びアスペクト比の相違によって,クロス状散乱パターンに異なる変化が観察された。ナノサイズのフィラーを分散させると,比較的初期に生じたクレーズに変形が集中することを抑制する効果があるり,このことによって破壊靭性が増加することがわかった。アスペクト比の小さなカーボンナノチューブの場合には,応力集中によってフィラー周囲に新たなクレーズが形成しやすいサイトが形成されると推定した,一方,アスペクト比が大きいカーボンナノチューブの場合には,クレーズ内のフィブリル長の増加を抑制する効果があり,これによって新たなクレーズが生じると推定した。カーボンナノチューブ(CNT)を添加した高分子複合材料の力学的性質に関して近年多数の研究報告がなされているが,CNTの添加によって必ずしも明瞭な力学的性質の向上が得られるとは限らないのが現状である。その理由として,CNTの凝集体が破壊の起点となり得ることや,試験片形態が力学的性質の評価結果に影響することなどが挙げられる。

本研究では,CNT,気相成長炭素繊維,カーボンブラック(CB)などを添加した高分子複合材料の変形・破壊過程におけるシンクロトロン放射光小角X線散乱時分割測定を行って,破壊の前駆構造の形成・成長・クラックへの転化挙動を解明し,CNTの有する高いアスペクト比及びナノサイズがもたらす本質的な効果を明らかにした。CNT及びCBを添加するといずれの場合も高分子の破壊靭性は増大するが,CNTの添加はより大きな効果をもたらした。CBはクレーズが生成するサイトの数を増加させる効果があるが,CNTはその高いアスペクト比に起因して,クレーズが成長するために必要な仕事を増加させる効果があることが明らかとなった。表面ノッチを導入したフィルムは側面ノッチを導入したフィルムと比較して著しく大きなCNT添加効果を示した。Essential work of fracture法によって,破壊に要する全仕事を,新たな表面を形成するために必要な仕事と塑性変形に必要な仕事に分離して評価した。また,試験片の変形を有限要素法によって解析した。それらの結果,表面ノッチを導入したフィルムは側面ノッチを導入したフィルムと比較して塑性変形領域の割合が著しく大きく,これに起因して両試験片形態間でCNT添加効果に顕著な相違が生じることが明らかになった。以上のように,CNTが有する高いアスペクト比及びナノサイズに起因する本質的強化効果があること及びその効果が有効に発現する材料形態があることが明らかになった。
動的分子軌道論による化学反応の多電子ダイナミクスの解明：その展開と実験検証

電子・原子核波束計算法を用いて,COやN2のレーザー場中の多電子ダイナミクスやアト秒パルスを発生する高次高調波のレーザー制御法を提案した。また,実験グループは,理論の予想通りCO2の等価な2つのC-O結合の一方だけを2色レーザーパルスの形状によって選択的に切断させることに成功し,化学反応制御の新たな可能性を示した。さらに,反応動力学計算を用いて,XFELによる多価カチオン生成とそのクーロン爆発を使った時間分解分子イメージングに対するシミュレーション法を確立して,ヨードウラシルなどに適用した。そのほか,分子ベアリングやDNA鎖切断の実時間シミュレーションを行い,それらの動力学を明らかにした。光と相互作用する多電子系の多配置時間依存ハートリー・フォック法をLiHなどのダイナミクスに適用した。各電子配置Iに対する特性エネルギーEIと分布移動速度kIを定義し,それらが多電子系のダイナミクスを特徴付ける指標であることを見いだした。すべてのIが同じEIを持つ瞬間(量子定常状態),電子は等速運動をする。また,kIがすべて0になる瞬間(古典定常状態),電子の速度の期待値は0となっていた。また,LiFの非断熱遷移を調べた結果,擬交差を通過する時刻において全てのEIが縮退することがわかった。XFELによる超多価カチオン生成を利用したクーロン爆発イメージングの問題に取り組み,ナノ分子超多価カチオンの超高速解離反応に対して一般的に適用できるような反応機構を提案した。具体的には,C60の価数q =20, 28, 60の解離反応についてDFTB/MD法によるトラジェクトリ計算を実行した。その結果,多価の炭素原子カチオンがクーロン爆発によって10ー20 fs程度で大きな運動量を持って放出された後に,解離せずに残っている炭素クラスターから原子・分子フラグメントが熱的に脱離する。速い原子フラグメントは爆発前の分子の構造に敏感で,分子内振動の時間分解イメージングが可能であることを示唆している。実験グループは波長800 nmの強レーザー場におけるNO分子の光電子画像計測を行った。レーザー場強度0.4×10^14 W/cm^2では,多光子吸収による超閾イオン化を反映したエネルギー間隔約1.5 eVの同心円状の分布が観測された。これに加えて,画像中央にはレーザー偏光方向に対して約30°方向にピークを持つ特徴的な成分が観測された。レーザー強度を増加させたところ,主にレーザー偏光方向に連続的な分布が観測され,フラグメントイオンの空間異方性の変化との相関がみられることが明らかになった。多電子系が光と電子との相互作用によってどのように励起されるかを定量化するため、多配置時間依存ハートリー・フォック法に基づいて、非定常な時間変化する分子軌道(自然軌道)の化学ポテンシャルを求める方法を確立した。レーザー場と相互作用するLiHなどの二原子分子に適用し、軌道の時間依存化学ポテンシャルとレーザー場との相互作用から直接軌道が得るエネルギーと比較した。後者より前者が大きな軌道が空間的に広がり、分子のイオン化において重要であることがわかった。各軌道の誘起双極子の変化と化学ポテンシャルの変化がきわめて良い相関を示した。他軌道とのエネルギー交換を反映した各軌道の化学ポテンシャルの変化が自然軌道を占有した電子の動きの指標になっていることが明らかになった。また、軌道の化学ポテンシャルの縮退が解けると、レーザー電場の時間変化に断熱的に追従する過程から非断熱過程に変わり、化学ポテンシャルの時間変化を追跡することによって電子ダイナミクスの経路を分類できることを明らかにした。化学反応に関連した研究としては、LiFの非断熱遷移における軌道化学ポテンシャルの変化を求め、化学反応における軌道間のエネルギー交換を定量化した。非断熱遷移が起こる特定の時刻にすべての軌道の化学ポテンシャルが縮退する現象を見いだした。実験グループは波長400nmの高強度レーザー場における水素分子イオンのコインシデンス光電子画像測定を行った。得られた画像には、多光子吸収に起因する超閾イオン化の第1ピークの分子座標系光電子角度分布は、分子軸とレーザー電場がなす角φが0°のとき、レーザー電場方向に対して0°と90°に明瞭なピークを示した。一方、φが90°では、光電子は主にレーザー電場方向だけに観測されることが見いだされた。このことは、強レーザー場の電場方向が異なる電子状態間の結合を制御する大きな因子であることを示している。LiH分子を対象に近赤外2サイクルパルス中の電子ダイナミクスのシミュレーションを行った。パルスの異なった搬送波位相に対する計算から,H原子核側に局在化した電子はLi原子核側にイオン化しやすいことが確かめられ,Li側に最も大きくポテンシャルが傾くような位相を選べば高次高調波の強度を増幅させることができた。また,複数の価電子軌道を持つCO分子では,誘起双極子の搬送波位相依存性が軌道によって異なることを見いだした。レーザー場中における分子軌道間の相互作用を軌道間のエネルギー交換で定量化する手法を,非断熱遷移を含む化学反応に拡張した。NaHの光解離反応に適用し,擬交差通過後から4シグマと5シグマの分子軌道の占有数と化学ポテンシャルが同周期で振動し,これらの軌道の変化が価電子のダイナミクスを決定づけていた。一般に,非断熱遷移により形状が大きく変化する分子軌道の対が存在することがわかった。X線自由電子レーザーとナノカーボンの相互作用にも研究を広げ,内殻励起によって生成するフラーレン超多価カチオン(電荷= 2060)の解離機構を解明した。

この電荷領域では,原子カチオンが10fs程度で放出されるクーロン爆発が起こり,続いて分子フラグメントの脱離が起こるという2段階機構を明らかにした。また,クーロン爆発が解離直前の分子構造を鋭敏に反映することに基づいて,ナノ分子の構造変化をフェムト秒オーダーでイメージングする手法を提案した。実験グループは,高強度近赤外レーザー場におけるNO分子の電子状態変化の直接観測を目指してUVパルスをプローブとした時間分解光電子分光を行った。得られた光電子スペクトルには近赤外強レーザー場によって生成した電子状態に起因する複数のピークが明瞭に観測され,強レーザー場との相互作用によって励起状態が優先的に生成することを明らかにした。本年度も開発した多配置時間依存ハートリー-フォック法などの電子波束計算法を用いてイオン化や化学反応における多電子ダイナミクスを定量化した。パルスの搬送波位相によって,分子軌道のダイナミクスや高次高調波がどのように変化するか調べ,COやN2の高調波発生がHOMOだけではなく複数の原子価軌道が寄与する過程であることを明らかにした。C60における近赤外誘起振動ダイナミクスの時間分解クーロン爆発イメージングの原理検証計算も行った。X線自由電子レーザー(XFEL)によって生成した多価カチオンのクーロン爆発が解離直前の分子構造を鋭敏に反映することを利用して,ナノ分子の構造変化をフェムト秒の時間分解能でイメージングする手法を提案した。ヨードウラシルのクーロン爆発のシミュレーションも行い,XFEL実験で得られたフラグメントの生成比やエネルギー分布を再現することに成功した。時間分解分子イメージングにつながる成果としては,分子構造を反映する原子フラグメント間の角度相関の実験結果の再現があげられる。実験グループは昨年度に引き続き,高強度近赤外レーザー場におけるNO分子の電子状態変化を時間分解光電子分光によって追跡した。より詳細な理解のために,深紫外レーザーパルスによる1光子吸収をプローブとして計測を行った。この場合,これまで観測されていたB状態の代わりにA状態からの信号が観測でき,強レーザー場(10^13 W/cm2)との相互作用によって複数の電子状態が共鳴的に生成することが見出された。また,位相制御されたω-2ω2色レーザー場におけるCO2のクーロン爆発に着目し,フラグメントイオンの運動量分布を調べた。その結果,理論グループの予測どおり,CO2の等価な2つのC-O結合の一方だけを2色レーザーパルスの形状によって選択的に切断させることができ,化学反応制御の新たな可能性を示すことができた。電子・原子核波束計算法を用いて,COやN2のレーザー場中の多電子ダイナミクスやアト秒パルスを発生する高次高調波のレーザー制御法を提案した。また,実験グループは,理論の予想通りCO2の等価な2つのC-O結合の一方だけを2色レーザーパルスの形状によって選択的に切断させることに成功し,化学反応制御の新たな可能性を示した。さらに,反応動力学計算を用いて,XFELによる多価カチオン生成とそのクーロン爆発を使った時間分解分子イメージングに対するシミュレーション法を確立して,ヨードウラシルなどに適用した。