hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
物理学的・生理学的実験手法を融合した植物個体の力学刺激応答メカニズムの解明

その結果、圧迫前後の細胞の位置や形状によって、圧迫後の形状や細胞質の流動性応答が異なることが分かった。また、フェムト秒レーザー刺激によって細胞に局所的な傷をつけることで細胞質の状態が局所的に変化することを見出した。2)細胞圧迫応答の植物生理学的解析昨年度、細胞質の流動性の変化にCa2+イオンが関与するかどうかを、レポータータンパク質を用いて調べたが、はっきりとした結果は得られなかった。本年度は、長期間圧迫状態におかれた細胞の応答を観察したところ、流動性は数時間で次第に回復することを示唆する結果を得た。何らかの生理的な変化(例えば細胞壁構造の組み換え)が進行したと考えられる。一方、傷害刺激に関わるとされる植物ホルモンであるジャスモン酸の応答をマーカータンパク質を用いて調べたが、はっきりとした結果は得られなかった。また、フェムト秒レーザーによる傷に対する細胞応答について、細胞骨格がどのように関わるかを調べるための実験を開始した。3)計算機シミュレーションを利用した外力応答の解析本年度は、細胞単位の変形に集中し、外圧に対して細胞がどのように変形するかを詳しく解析した。現在、これらのデータの数値化を進めている。残念ながら本年度中にシミュレーションをすることはできず、今後の課題となった。植物が外力に応答することは古くより知られるが、定義された力を加えた細胞を直接観察することは困難であった。本研究では、我々が開発した細胞圧迫装置を用いて、生理学的手法に物理学的手法を組み合わせることで、継続的に与えられた中程度の外力に対する細胞の応答について解析を進めた。細胞圧迫実験系の確立:我々が開発した装置を用いて細胞を圧迫し、細胞形状の変化を精密に記録しつつ、GFPで標識された細胞質タンパク質の動態を蛍光継時観察によって観察する実験系を確立した。圧迫による細胞質タンパク質の流動性低下:上記の実験システムを用いて、GFP標識した様々な細胞質タンパク質を観察し、細胞圧迫により細胞質の流動性が低下することを見出し、FRAP法により流動性の低下を半定量的に確認した。このような現象の報告例は無く、その新奇性が高い。外力の測定のシミュレーション:細胞変形に関するシミュレーションを行うための基礎データとして、多数の細胞について圧迫前後の形状を計測した。また、この状態で外から試料にかけた外力を実測することを試みたが、我々が開発した装置の精度では困難であることが判明した。また、細胞形状が複雑なため、応力計算は容易では無かった。結果論になるが、本現象は細胞壁の変形に対する応答と考えられるので、応力を解析することの意義は薄いと考えられた。植物の外力に対する応答は、植物生理学の重要かつ興味深いテーマであり、重力屈性や木本における「当て材」の形成はそのよい例である。しかしながら、植物細胞にコントロールされた力学刺激を加えながら細胞応答を観察するような研究はまだ少ない。本研究では、高精度Z軸ステージを用いた実験系を開発し、シロイナズナ芽生えの表皮細胞において、圧迫により可逆的に細胞質の流動性が低下することを示した。
ショウジョウバエの神経発生に必須の遺伝子A63の分子生物学的解析

中枢神経系の複雑なネットワークを構成する多種多様な神経細胞は、通常、分裂能を持つ前駆細胞から生じる。ショウジョウバエの腹部神経節の場合、神経芽細胞から不等分裂で生じた神経母細胞が一度だけ分裂して、一対の神経細胞となる。ショウジョウバエの中枢神経系はこの様に比較的単純な細胞分裂パターンをたどりながら分化するため、神経発生の解析に適当な材料を提供する。我々は中枢神経系の基本的な発生プロセスにかかわる遣伝子を見つけるために、エンハンサートラップ法を用いて致死系統約200を樹立した。そのなかから。神経前駆細胞で発現し、しかも正常な神経発生に必須な遣伝子として同定したのがprospero遺伝子(pros)である。pros遣伝子は発生過程の中枢神経細胞の形質を決める幾つかの遣伝子の発現に必要であることが見いだされている。pros遣伝子、及び、その完全長cDNAのクローニングを行い。遣伝子産物の構造を解析した。その結果、prosperoタンパクは1403アミノ酸からなり、核移行シグナルとhomeodomain様の配列を持つことが明らかになった。予想されるアミノ酸配列の一部に対する抗体を作成し、pros遣伝子産物のembryoでの発現をしらべたところ、蛋白の発現は2次前駆細胞である神経母細胞と特定のグリア細胞に限定され、神経細胞に分裂すると速やかに消失することが解った。さらに、pros遣伝子の転写は神経芽細胞より始まるため、翻訳レベルで蛋白の発現調節がおこなわれていると考えられる。pros遣伝子は神経細胞の系譜はで、すベての神経母細胞で発現し、他の遣伝子発現を正、または、負に調節する。このように、prospero遣伝子は、謂わば、“神経母細胞遣伝子"とも呼べる新しいクラスの分化調節因子であることがあきらかになった。そのなかから。中枢神経系の複雑なネットワ-クを構成する多種多様な神経細胞は、通常、分裂能を持つ前駆細胞から生じる。ショウジョウバエの腹部神経節を例にとると、神経芽細胞から不等分裂で生じた神経母細胞が一度だけ分裂して一対の神経細胞となる。ショウジョウバエの中枢神経系はこの様に比較的単純な細胞分裂パタ-ンをたどりながら分化するため、神経発生の解析に適当な材料を提供する。我々は中枢神経系の基本的な発生プロセスにかかわる遺伝子を見つけるために、エンハンサ-トラップ法を用いて致死系統約200を樹立した。そのなかから、神経前駆細胞で発現し、しかも正常な神経発生に必須な遺伝子として同定したのがA63遺伝子である。この遺伝子は独立に発見したグル-プにより、後に、prospero(pros)と命名された。prosは発生過程の中枢神経細胞の形質を決める幾つかの遺伝子の発現に必要であることが見いだされている。pros遺伝子、及び、その完全長cDNAのクロ-ニングを行い、遺伝子産物の構造を解析した。その結果、properoタンパクは1403アミノ酸からなり、核移行シグナルとhomeodomain様の配列を持つことが明らかになった。予想されるアミノ酸配列の一部に対する抗体を作成し、pros遺伝子産物のembryoでの発現をしらべたところ、蛋白の発現は2次前駆細胞である神経母細胞と特定のグリア細胞に限定され、神経細胞に分裂する速やかに消失することが解った。さらに、pros遺伝子の転写は神経芽細胞より始まるため、翻訳レベルで蛋白の発現調節がおこなわれていると考えられる。pros遺伝子は神経細胞の系譜はで、すべての神経母細胞で発現し、他の遺伝子発現を正、または、負に調節する。

このように、prospero遺伝子は、謂わば、"神経母細胞遺伝子"とも呼べる新しいクラスの分化調節因子であることがあきらかになった。中枢神経系の複雑なネットワークを構成する多種多様な神権細胞は、通常、分裂能を持つ前駆細胞から生じる。ショウジョウバエの腹部神経節の場合、神経芽細胞から不等分裂で生じた神経母細胞が一度だけ分裂して一対の神経細胞となる。ショウジョウバエの中枢神経系はこの様に比較的単純な細胞分裂パターンをたどりながら分化するため、神経発生の解析に適当な材料を提供する。我々は中枢神経系の基本的な発生プロセスにかかわる遺伝子を見つけるために、エンハンサートラップ法を用いて致死系統約200を樹立した。そのなかから、神経前駆細胞で発現し、しかも正常な神経発生に必須な遺伝子として同定したのがprospero遺伝子(pros)である。pros遺伝子は発生過程の中枢神経細胞の形質を決める幾つかの遺伝子の発現に必要であることが見いだされている。pros遺伝子、及び、その完全長cDNAのクローニングを行い、遺伝子産物の構造を解析した。その結果、prosperoタンパクは1403アミノ酸からなり、核移行シグナルとhomeodomain様の配列を持つことが明らかになった。予想されるアミノ酸配列の一部に対する抗体を作成し、pros遺伝子産物のembryoでの発現をしらべたところ、蛋白の発現は2次前駆細胞である神経母細胞と特定のグリア細胞に限定され、神経細胞に分裂すると速やかに消失することが解った。さらに、pros遺伝子の転写は神経芽細胞より始まるため、翻訳レベルで蛋白の発現調節がおこなわれていると考えられる。pros遺伝子は神経細胞の系譜はで、すべての神経母細胞で発現し、他の遺伝子発現を正、または、負に調節する。このように、prospero遺伝子は、謂わば、“神経母細胞遺伝子"とも呼べる新しいクラスの分化調節因子であることがあきらかになった。
河川の安全度照査のための信頼性・実用性の高い河床変動予測モデルの開発と適用

本研究では,水表面流速方程式と水深積分渦度方程式を用いることによって,流速,圧力の鉛直分布を直接解くことなく,河床面近傍流速を半直接に解析する底面流速解析法を構築した.本解析法は,合流部,橋脚,水没水制周囲の複雑な流れによる底面流速場を再現できることを明らかにした.底面流速解法を用いた河床変動解析法を構築し,河川構造物を有する水路の河床変動と局所洗掘を説明できることを示した.また,本解析法を実河川洪水流による河床変動解析法に応用できることを実証した.本研究では,水表面流速方程式と水深積分渦度方程式を用いることによって,流速,圧力の鉛直分布を直接解くことなく,河床面近傍流速を半直接に解析する底面流速解析法を構築した.本解析法は,合流部,橋脚,水没水制周囲の複雑な流れによる底面流速場を再現できることを明らかにした.底面流速解法を用いた河床変動解析法を構築し,河川構造物を有する水路の河床変動と局所洗掘を説明できることを示した.また,本解析法を実河川洪水流による河床変動解析法に応用できることを実証した.河道湾曲・蛇行部の外岸,河川構造物周辺,河道の分・合流部など,洪水時に大きな河床洗掘が予想される個所において河川構造物や河川堤防の安全度照査を行うことが重要であり,信頼性・実用性の高い河床変動予測モデルが求められている.河川洪水流やそれによる河床変動解析には,3次元解析モデルは計算負荷,計算技術の両面で未だ困難であり実用的でない.このため,実用的に精度よく底面近傍流速を算定するために,平面2次元解析モデルの枠組みの中でどのように流れの3次元性を考慮するかが,最も重要な技術的課題のひとつとなっている.本研究では,河川構造物周辺などに局所洗掘を生じさせる複雑な3次元流れを有する流れ場の底面流速を評価するため,静水圧分布等の圧力鉛直分布の仮定をせずに流速鉛直分布を評価できる渦度方程式を用いた準三次元解析法を構築・検証することを目的としている.本研究の主要な研究成果は以下のとおりである.・渦度方程式を用いた準三次元解析法と観測水面形時系列データを用いた洪水流河床変動解析モデルを構築した.構築した解析モデルを現地河道の洪水流河床変動解析に適用し,本解析モデルは河道線形や河川横断構造物等による洪水前後の実測河床変動データを説明できることを示した.・河川構造物近傍の局所洗掘解析のために,底面流速を水深積分渦度と水表面流速から半直接的に計算する底面流速解法を構築した.本解析モデルと円柱橋脚周りの局所洗掘実験結果を比較し,本解析モデルは橋脚周りの複雑な底面流速場を再現し,実験で観察された局所洗掘現象を説明できることを示した.河道湾曲・蛇行部の外岸,河川合流部,河川構造物周辺などの洪水時に大きな河床洗掘が予想される洗掘危険個所において河川構造物や河川堤防の安全度照査を行うための信頼性・実用性の高い河床変動予測モデルが求められている.従来河床変動解析に用いられてきた平面二次元解析法は,流れの鉛直構造が考慮できないため,三次元性の強い流れによって引き起こされる局所洗掘現象を十分に説明することができない.一方,流れの鉛直構造を解く三次元解析モデルは,実河川洪水流に適用するには計算負荷が著しく大きく,実用的でない.本研究では,このような課題を本質的に解決するため,渦度方程式を用いて,流砂運動を引き起こす底面流速を半直接的に解く方法を構築し,検証することを目的としている.本研究で得られた主要な研究成果を以下に示す.水表面流速方程式と水深積分渦度方程式を用い,水没水制が周囲の渦度分布に与える影響を評価した底面流速解析法は水没水制群前面の逆流,背面の剥離による流速低下など,水没水制群周りの複雑な底面流速場の特徴を再現できることを明らかにした.また,水没水制群を有する水路全体の縦断河床形状と流砂量の時間変化特性,水没水制群周辺の局所的な河床形状の特徴,及び水没水制群の縦断的な最大洗掘深の分布特性を説明できることを明らかにした.また,一般座標系底面流速解析法を構築し,実河川の洪水流による砂州の挙動と河川構造物周辺の局所洗掘の解析を行い,本解析法の妥当性を示した.
複合電子状態系の光化学反応解析のための時間依存密度汎関数法の開発

本研究は、量子化学計算の9割以上で利用されている密度汎関数法(DFT)の適用性を大幅に拡張するため、DFTに状態間相互作用などの電子配置間の相互作用を取り込む共鳴DFTを開発し、それにもとづく時間依存DFT(TDDFT)として共鳴TDDFTを提案することを目的とする。このような多配置DFTにおいて最大の問題となるのは、そのまま組み合わせてしまうと、配置間相互作用の導入により新たに取り込まれる電子相関とDFTの交換相関汎関数によって取り込まれている電子相関とが二重換算されてしまうことにある。当該年度に開発した共鳴DFTでは、特定の2電子励起のみから生成される電子配置のみを考慮することにより、平行スピン電子対と反平行スピン電子対の電子相関を別個に取り扱うことにより、この問題を解決することに成功した。共鳴DFTが電子相関をきわめてバランスよく取り込んでいることは、数値計算によって、高精度だが高負荷の波動関数法による電子相関エネルギーに非常に近いエネルギーを与えることからも確かめられた。さらに、共鳴DFTを小分子の解離ポテンシャル曲線計算に適用した結果、本研究者がこれまでに開発してきた長距離補正(LC)法を汎関数に適用した場合に限り、ポテンシャル曲線を再現できることが明らかになった。また、長鎖ポリエンの双極子モーメントを計算した結果、LC法を適用すると鎖が長くなっても電子相関のバランスが保たれることも明らかになった。さらに、本研究では、共鳴TDDFTの定式化も済ませた。共鳴DFTの開発が完了し次第、プログラム開発に取り組む予定である。
キラルメタボロミクスの飛躍的推進を可能とする二次元LC分離場ライブラリの構築

生体内の様々なキラル低分子について、未だ不可能である鏡像異性体を区別した網羅的定量キラルメタボロミクスの飛躍的推進を可能にする分離場として、二次元LC分離場ライブラリの開発を行う。これにより様々な微量鏡像異性体の生体中における存在や分布、機能の解明を推進し、医療における新たなシーズ探索を加速する。分析装置は当研究室で開発した二次元キラルHPLCシステムを基盤とし、多様な不斉認識部位を持つHPLC用固定相を合成し、キラル分離場ライブラリを構成する。さらに、ヒト尿試料や血漿試料、ヒト疾患モデルとなるマウスやラット試料中の微量異性体の網羅的分析法を開発する。
イオンサイクロトロン周波数帯波動のパラメトリック減衰に関する研究

高温・高密度プラズマ中で、プラズマ生成・加熱のため外部より励起するICRF波動と加熱の結果としての温度非等方性に起因してプラズマ中に自発励起されるICRF波動について、波動間相互作用に関する実験的な研究を行った。波動の空間構造に着目し、周辺部に設置されている磁気プローブによる磁場揺動測定とプラズマ内部のマイクロ波反射計による密度揺動計測から波動間の結合や分岐を明らかとし、また、これらの波動が高エネルギーイオンに及ぼす影響について明らかとした。イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)でのプラズマの生成・加熱のために外部から励起するICRF波動、また、主成分イオンの速度分布関数裾野部への高エネルギーイオンの重畳(Bump on tail)に起因してプラズマ中に自発励起される波動等を統一的に理解し、イオンとの相互作用や波動間の分岐・結合現象を解明することを全体の目的としている。平成21年度は、加熱に用いられるICRF波動、自発励起波動であるアルベンイオンサイクロトロン(AIC)波動とその両者の差周波数を持つ低周波数帯の波動に関して、プラズマパラメタ依存性及び波動の空間構造の計測を行い、加熱ICRF波動のパラメトリック減衰の可能性を検討した。計測された波動の空間構造は、励起波動が定在波を形成していることを示しており、これまでの周辺部に設置した磁気プローブの計測だけでは不十分であることが明らかとなった。平成22年度以降には、プラズマ内部の波動計測系を確立し詳細な解明を進める予定である。波動間の分岐のもう一つの例として、離散的な周波数ピークを持つAIC波動における、ピーク間の差周波数に相当する揺動が磁気プローブと静電プローブで観測されている。このAIC波動に起源をもつ揺動は、磁力線方向の開放端部で観測される高エネルギーイオン信号と強い相関があり、高エネルギーイオンのピッチ角散乱を示唆している。一方、磁力線に直角方向への高エネルギーイオン輸送を計測する検出器では、より低周波数のドリフト型密度揺動との強い相関があることが明らかとなっている。セントラル部中央面における高エネルギーイオンのピッチ角は、ミラー磁場に捕捉されて反復運動をするイオンの反射点位置と等価であり、反射点では、プラズマ中の揺動との相互作用を強く受けることが予想される。この低周波数揺動と高エネルギーイオン信号の解析からイオンと波動との相互作用に関する知見を得られることを期待している。イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)でのプラズマの生成・加熱のために外部から励起するICRF波動、また、主成分イオンの速度分布関数裾野部への高エネルギーイオシの重畳(Bump on tail)に起因してプラズマ中に自発励起される波動等を統一的に理解し、イオンとの相互作用や波動間の分岐・結合現象を解明することを全体の目的としている。平成22年度は、これまでの計測から、AIC波動は数個の離散的な周波数ピークを持ち、半径方向、方位角方向には同一の構造を有し、軸方向の固有モードとして励起されると考えられている。また、周辺部軸方向に並べた磁気プローブアレイから、AIC波動の離散的ピークの軸方向波数k_∥がプラズマパラメタに依存して有限の値(進行波)からゼロ(定在波)へと変化する様子が観測されている。これらの振舞いはGAMMA10固有のものと推測されるが、AIC波動の励起に関して、その境界条件を含めて詳細な機構は明らかになっていない。GAMMA10で観測されるAIC波動のより詳細な空間構造とその時間発展を調べることを目的として、新たにマイクロ波反射計を導入し、プラズマ内部領域におけるAIC波動の計測に着手した。AIC波動の振舞いは時間的に変化するプラズマパラメータに依存するため、プラズマパラメタが大きく変化する軸方向複数箇所における計測が必要となる。反射計で計測できる軸方向位置はマイクロ波ホーンアンテナの位置で決まるため、GAMMA10真空容器内部に新しくホーンアンテナアレイを設置した。空間構造を調べる上で重要な半径方向の情報は、反射計の発振周波数を変化させることで取得できる。図1に、周辺部に設置されている磁気プローブ信号と同時に計測された反射計信号を示した。同じ周波数の離散的ピークが検出されることがわかる。両信号の各周波数ピークには強い相関があり、GAMMA10中に自発励起されるAIC波動の時空間発展の振舞いの観測が可能となった。イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)でのプラズマ生成・加熱のため外部から励起するICRF波動、また、主成分イオンの速度分布関数裾野部への高エネルギーイオンの重畳(Bump on tail)に起因してプラズマ中に自発励起される波動等を統一的に理解し、イオンとの相互作用や波動間の分岐・結合現象を解明することを全体の目的としている。平成23年度は、GAMMA10で特徴的に観測されるアルベンイオンサイクロトロン(AIC)波動の詳細な空間構造とその時間発展を調べることを目的として、新たにマイクロ波反射計を導入し、プラズマ内部領域における高周波波動の計測を行った。ICRF波動やAIC波動、また、それらの結合と分岐が密度揺動として観測されることを確認した。

パラメトリック減衰の候補としては、加熱ICRF波動がAIC波動とその差周波数に分岐することを考えている。これまでに方位角方向2か所に設置された磁気プローブ信号間位相差から方位角方向のモード数を評価した。磁気プローブと高周波アンテナ間にはイオンサイクロトロン共鳴層が存在し、加熱に寄与するアルペン遅波は、共鳴層を越えて伝播できず、共鳴を持たないm=+2の速波が計測されている。AIC波動に関しては、これまでと同じく、離散する周波数ピークによらずにm=-1付近に観測される。低周波数領域の差周波数揺動のモード数に関しては、対応するそれぞれの差周波数揺動の方位角方向のモード数が時間とともに、また、その変化するモード数はピークによって異なることが明らかとなっている。時間とともにモードが変化することは、幾つかの異なるモード数を持った波動が共存し、その相対的強度を変化させながら励起されることを示している。反射計を用いたプラズマ内部における密度揺動計測からより詳細な解析を進めている。また、磁力線方向に並べたマイクロ波ホーンによる磁力線方向の波数に関しても、蓄積されたデータの解析を進めているところである。これまでにICRF領域の波動をマイクロ波反射計を用いて計測した例は少なく、特に自発励起波動の空間構造まで議論したものはない。
ランダム競合系のグラス相におけるマージナル安定性とダイナミックス

スピングラスなどにおける実験で「緩和再初期化(rejuvenation)/メモリー効果」とよばれる現象が実験的に見出され、現在非常に興味が持たれている。これについてghost domainと呼ぶ描像に基づく理論を以前に提唱した。この描像では、スピングラスなどランダム競合系に存在する温度カオス効果によってrejuvenationが起こる過程の詳細と、温度カオス効果によっても破壊されない動的なメモリーのメカニズムを提案している。スウェーデンのウプサラ大学の実験グループの協力を得て実験/数値シミュレーションによってこれを詳しく検証する研究を行ってきたが、これを本年度完成させた。この研究過程で、通常のガラス系で良くみられる強い冷却速度依存性がスピングラスではなぜ極端に弱いのか、という点が新たな問題として浮かび上がり、これをさらに研究した。スピングラスでは温度カオス効果のために、ある冷却速度で系を冷却している過程は一定速度でボンド摂動を行っていることに類似していると考えられる。この視点から冷却速度依存性についてのスケーリング則を導いた。またこれを数値実験によって詳しく検証した。一方、スピングラスに類似していても強い緩和再初期化を示さないある種の双極子グラス系では、温度カオス効果ではなく、平衡状態における通常のdroplet励起の活性度が温度変化に追随できず、短時間の「見かけ上のrejuvenation」を示すことがわかり、これについての理論を構成した。この他、関連する問題として、実空間繰り込み群の方法によるXYスピングラスの温度カオス効果の解析、1次元梯子格子上のXYスピングラス模型の数値的/解析的研究、Villain近似に対する多体力の補正項の系統的な導出法の開発などを行った。さらに、本年度はスピングラスの非線形帯磁率におけるエイジング効果の研究を行った。特に、球形平均場スピングラス模型のスピングラス相の動的非線形帯磁率の解析方法を開発し、まず絶対零度における厳密解を求めた。本年度の研究ではまず、DPRM系(2次元ランダムポテンシャル中の弾性紐)のグラス相の摂動に対する不安定性についての詳しい解析を行ない、その普遍的な性質、レプリカ対称性の破れとの関連を初めて明らかにした。この研究ではレプリカ法経由して1次元量子系へのマッピングする解析的アプローチを用いて理論的予想を導き、これを強力な数値転送行列法を用いて検証した。その結果、これまで困難な問題とされていた微小な温度変化やランダムポテンシャルの微小な変化などに対する系の平衡状態の不安定性を明らかにすることができた。次に上記のようなグラス状態の摂動に対する不安定性が非平衡現象にどのように発現するかを現れるかを幾つかの方法で調べた。まずその準備としてEdwards-Anderson(EA)スピングラス模型における急冷後の緩和ダイナミックス(エイジング)の詳しいモンテカルロシミュレーションによる数値実験とスケーリング解析を行なった。また並行してスウェーデンUppsala大学の実験グループとの緊密な研究交流を行ない、典型的な金属スピングラス物質AgMnを用いて行なわれた系統的な実験の結果をスケーリング解析した。その結果、スピングラス転移温度以下でのグラス秩序が微小な温度変化によって長距離スケールで大きく変わり、その結果として緩和が初期化されることが初めて定量的に示された。そこで上記のEA模型においてこれに類似した摂動に対する系の応答を調べ、全く同様のスケーリング解析を行なったところ、整合的な結果を得ることができた。実験的にはこの緩和初期化現象に加えて或る種のメモリー効果が存在することが知られており注目されている。この問題に取り組むために実空間繰り込み群の方法を用いたイジングスピングラスの緩和ダイナミックスの有効模型を考案した。その解析から有意な結果を現在得つつある。スピングラスなどにおける秩序形成ダイナミックスの実験で「カオス/メモリー効果」とよばれる現象が実験的に見出され、現在非常に興味が持たれている。本年度はまず、Migdal-Kadanoff実空間繰り込み群の方法を用いてEdwards-Andersonイジングスピングラス模型におけるカオス・メモリー効果を解析的、および数値的に研究した。その結果これまで明らかにされていなかったこれらの効果のスケーリング特性を初めて微視的な理論に基づいて明らかにすることができた。特に温度カオス効果の弱い摂動領域から強い摂動領域へのクロスオーバが磁化の動的自己相関関数にどのように現れるかがわかった。これは今後、磁化ノイズの実験などで直接検証することができると期待される。また、メモリー効果につついて以前に構築したghost domainの描像を再検討する研究を行った。その結果、メモリー回復時間についてより正確な評価が得られたが、それはこれまでの予測を遥かに超えた長い緩和時間であることが明らかになった。また磁化の動的自己相関関数に、メモリーの回復過程がどのように現れるか、そのスケーリング特性の一般的な形を求めることができた。さらに、スウェーデンのウプサラ大学の実験グループの協力を得て、実験的にこれを検証する研究を進めた。また並行してEdwards-Andersonイジングスピングラス模型のモンテカルロシミュレーションによって、カオス効果とメモリー効果をその結果、理論の予想通り、メモリーの回復時間はこれまで考えられていた程度を超えた異常に長い時間であることが明らかになった。

スウェーデンのウプサラ大学の実験グループの協力を得て実験/数値シミュレーションによってこれを詳しく検証する研究を行ってきたが、これを本年度完成させた。この研究過程で、通常のガラス系で良くみられる強い冷却速度依存性がスピングラスではなぜ極端に弱いのか、という点が新たな問題として浮かび上がり、これをさらに研究した。スピングラスでは温度カオス効果のために、ある冷却速度で系を冷却している過程は一定速度でボンド摂動を行っていることに類似していると考えられる。この視点から冷却速度依存性についてのスケーリング則を導いた。またこれを数値実験によって詳しく検証した。一方、スピングラスに類似していても強い緩和再初期化を示さないある種の双極子グラス系では、温度カオス効果ではなく、平衡状態における通常のdroplet励起の活性度が温度変化に追随できず、短時間の「見かけ上のrejuvenation」を示すことがわかり、これについての理論を構成した。この他、関連する問題として、実空間繰り込み群の方法によるXYスピングラスの温度カオス効果の解析、1次元梯子格子上のXYスピングラス模型の数値的/解析的研究、Villain近似に対する多体力の補正項の系統的な導出法の開発などを行った。さらに、本年度はスピングラスの非線形帯磁率におけるエイジング効果の研究を行った。特に、球形平均場スピングラス模型のスピングラス相の動的非線形帯磁率の解析方法を開発し、まず絶対零度における厳密解を求めた。
非浸潤性乳管癌発生に関する組織学的研究

症例:低悪性度の非浸潤性乳管癌(DCIS)を主体に、特殊型を含めた浸潤癌や良性のcounterpartとして過形成病変の検討も行った。また各種keratin、ER、p63、p53などと対比検討した。また異型嚢状小葉(atypical cystic lobules;別名異型を伴う円柱状過形成CCHA)も検討した。結果:p63、14-3-3σともに正常小葉の筋上皮細胞に存在した。14-3-3σ発現は、癌では非浸潤癌、浸潤癌と減少した。癌病巣において14-3-3σとERの発現が逆相関する傾向にあった。特殊型ではp63は腺嚢胞癌、14-3-3σは粘液癌と扁平上皮癌で陽性となった。乳腺のprematurecell(stem cell)の分化・増殖へのp63および14-3-3σの関与が示唆された。1)通常型乳管過形成、非浸潤性乳管癌、浸潤性乳管癌の3病変についてほとんど(81%)の通常型乳管過形成では14-3-3σ強陽性であり、筋上皮細胞に濃く染まったが、17例(65%)では、CK14陽性・actin陰性細胞に陽性所見が見られた。非浸潤性乳管癌では34例中22例(65%)に14-3-3σ強陽性であり、細胞質にびまん性の染色性を示した。1例CK14陽性症例があり、この症例では同じ細胞に14-3-3σ陽性であった。浸潤性乳管癌では71例中16例(23%)で14-3-3σ陽性であり、そのうち半数は強陽性であった。全ての通常型乳管過形成の症例でERα陽性であり、非浸潤性乳管癌(82%)、浸潤性乳管癌(65%)と減少した。p53の陽性率は、それぞれ0%、18%、27%と増加し、ERαと逆相関した。Efpの染色の濃さは様々であったが、いずれの病変でも半数以上の症例で陽性であり、そのうち半数は強陽性であった。CCHAにおいて、14-3-3σはほとんどの症例で周囲の筋上皮細胞に限局しており、3例(21%)で乳管上皮細胞にも発現が見られるものがあった。すべてのCCHAはERα陽性であり、p53陽性例は1例も見られなかった。Efpは約半数の症例に陽性だった。考察:免疫染色結果より、14-3-3σ発現の消失が通常型乳管過形成の8%、非浸潤性乳管癌の35%、浸潤性乳管癌の77%で見られることがわかった。14-3-3σは癌抑制遺伝子であることを裏付けた。14-3-3σ蛋白の減少の機序としては、今回3病変間でEfpの陽性率に差は見られず、乳癌において発現の減少は、メチル化による発現抑制の影響の方が大きいのではないかと考えた。蛋白発現の減少割合は報告によるメチル化の割合よりも低いのは、メチル化が部分的なものであると考えられる。CCHAにおける14-3-3σ発現は通常型乳管過形成より非浸潤性乳管癌に近い染色態度であり、乳癌発癌過程においてCCHAは非浸潤性乳管癌の前がん病変であると考えられた。

Efpの染色の濃さは様々であったが、いずれの病変でも半数以上の症例で陽性であり、そのうち半数は強陽性であった。CCHAにおいて、14-3-3σはほとんどの症例で周囲の筋上皮細胞に限局しており、3例(21%)で乳管上皮細胞にも発現が見られるものがあった。すべてのCCHAはERα陽性であり、p53陽性例は1例も見られなかった。Efpは約半数の症例に陽性だった。考察:免疫染色結果より、14-3-3σ発現の消失が通常型乳管過形成の8%、非浸潤性乳管癌の35%、浸潤性乳管癌の77%で見られることがわかった。14-3-3σは癌抑制遺伝子であることを裏付けた。14-3-3σ蛋白の減少の機序としては、今回3病変間でEfpの陽性率に差は見られず、乳癌において発現の減少は、メチル化による発現抑制の影響の方が大きいのではないかと考えた。蛋白発現の減少割合は報告によるメチル化の割合よりも低いのは、メチル化が部分的なものであると考えられる。CCHAにおける14-3-3σ発現は通常型乳管過形成より非浸潤性乳管癌に近い染色態度であり、乳癌発癌過程においてCCHAは非浸潤性乳管癌の前がん病変であると考えられた。本年度は研究計画に述べたごとく、乳腺の切除材料やcore needle biopsy材料を主体に利用ホルモンレセプターとその関連因子、細胞周期関連因子発現検討をおこなった。特にp63や14-3-3σ蛋白に注目して検討した。(p63蛋白はp53蛋白と相同性を有し、p53に抑制的に働くsub〓がある。14-3-3σ蛋白はp53の下流にあり、G2細胞周期停止に関与する。乳癌においては両蛋白とも筋上皮細胞主体に発現するとの予備実験を終えており、乳癌細胞の分化に関係する可能性がある。ホルマリン固定パラフィン包埋切片を利用して、抗体は抗p63(NeoMarkers)及び14-3-〓(IBL)抗体を使用し、通常の切片に抗原活性化処置を行いABC法で染色した。)乳腺病変159例「乳頭腫26例、DCIS34例、浸潤癌99例(組織亜型では浸潤性乳管癌69、粘液癌9、髄様癌2、浸潤性小葉癌11、腺様嚢胞癌2、扁平上皮癌4、その他2)について検討した。p63、14-3-3σともに正常小葉の筋上皮細胞に存在した。14-3-3σ発現は、乳頭腫26例中8〓(31%)の一部の細胞(keratin14陽性細胞)に見られ、癌では非浸潤癌7/34(29%)、浸潤癌16/99(16%)と減少した。癌病巣において14-3-3σとERの発現が逆相関する傾向にあった。特殊型ではは腺様嚢胞癌、14-3-3σは粘液癌と扁平上皮癌で陽性となった。乳腺のprematurecell(stem ce〓の分化・増殖へのp63および14-3-3σの関与が示唆された。今後はいよいよ低悪性度非浸潤性乳管癌に共存する異型嚢状小葉(ACL)異型乳管過形成(ADH)といった早期癌あるいは前癌病変を検索して、乳癌の初期病変の解析を深める予定である。さらにERβやEFP(estrogen responsive RING-finger protein)(いずれもパラフィン切片で染色可能なように予備実験を終えている)、またAIB1やSRC1といったホルモンレセプターやその関連因子(co-activator)の発現も加えて検討し、われわれの早期乳癌発生の仮説に関する検索を進める予定である。1.通常型乳管過形成、非浸潤性乳管癌、浸潤性乳管癌の3病変についてほとんど(81%)の通常型乳管過形成では14-3-3σ強陽性であり、筋上皮細胞に濃く染まったが、17例(65%)では、CK14陽性・actin陰性細胞に陽性所見が見られた。非浸潤性乳管癌では34例中22例(65%)に14-3-3σ強陽性であり、細胞質にびまん性の染色性を示した。1例CK14陽性症例があり、この症例では同じ細胞に14-3-3σ陽性であった。浸潤性乳管癌では71例中16例(23%)で14-3-3σ陽性であり、そのうち半数は強陽性であった。
昆虫の骨格構造表面を模擬した土粒子非付着性材料の開発と重機への応用に関する研究

粗さの異なる表面を有する金属材料を複数用意するとともに,カブトムシ,タガメ,ゲンゴロウなどの昆虫を採取し,表皮表面の粗さと接触角を計測した.さらに付着量を計測する装置を作成し,粘土と材料表面との間の付着量を計測した.その結果,粗さの高さ方向の特徴平均パラメータである「とがり」が増えると付着量も増加するという強い線形関係が得られた.粗さの異なる表面を有する金属材料を複数用意するとともに,カブトムシ,タガメ,ゲンゴロウなどの昆虫を採取し,表皮表面の粗さと接触角を計測した.さらに付着量を計測する装置を作成し,粘土と材料表面との間の付着量を計測した.その結果,粗さの高さ方向の特徴平均パラメータである「とがり」が増えると付着量も増加するという強い線形関係が得られた.今年度は金属と昆虫外皮を用いて表面の粗さと土の水分量の違いが付着特性に影響を与えることに注目して実験的に検討した.はじめに粗さとぬれ角を測定し,それぞれの関係について検討した.次に金属・昆虫外皮と粘性土の付着力を測定する実験装置を作製し,土の水分量の違いによる付着性について議論した.本年度得られた成果は以下の通りである.(1)粗さとぬれ角の関係金属は鋼鉄,銅,アルミニウム,SUS304、SUS420J2の5種類を,昆虫はカブトムシ,ダンゴムシ,コガネムシ,フンコロガシの4種類を対象とした.なお,SUS420J2(マルテンサイト系)は表面粗さを4段階変えて検討した.その理由は,建設機械は一般にマルテンサイト系鋼鉄が使われており,水を使う付着実験に錆びにくいマルテンサイト系金属を採用したほうが管理しやすいと考えたからである.測定結果より,金属表面が粗くなるほどぬれ角は小さくなる,つまり濡れやすいことが分かった.一方,昆虫外皮は凸構造(フンコロガシ以外)であり,ぬれ角は全て90度以上(疎水性)であった.特にカブトムシは最も濡れにくい構造を有していることが確認された.(2)付着実験本実験では先の測定結果を考慮してSUS420J2とカブトムシの外皮を用いた.試料に笠岡粘土(塑性限界23.8%,液性限界53.4%)を使用し,含水比は30%,40%,50%に設定して付着力と付着量を測定した.SUS420J2では含水比が大きくなるほど付着力と付着量は増加した.特に含水比50%では表面粗さの影響が大きくなり,ぬれ角が大きくなるにつれて付着力は増え,付着量は減少する傾向であった.一方,カブトムシの付着力は微小のため今回使ったロードセルでは測定できなかったが,含水比が大きいほど付着量は増える結果が得られた.ただし,今回の実験結果にばらつきが見られたことから,実験装置を改良して実験精度を向上する必要がある.本研究では、近年自然の賢さを活かしたもの作りとして注目を集めているネイチャー・テクノジーの概念を活用して、土が付着しない非付着性材料を開発し、その材料を建設機械や開発機械の作業ツール(バケットや土砂混合装置等)に適用して、建設機械の作業能力の向上に貢献することを目的とし、土と材料(金属、昆虫外皮)との付着特性を実験的に検討した.本研究の成果を以下に示す.今年度は、縦方向および横方向の表面粗さパラメータ(算術平均粗さ、凹凸の平均間隔)を使って、表面形状を三角形と仮定した場合の粗さ指数を新たに求めた.そして、その表面粗さ指数と付着実験(SUS420J2、カブト虫の外皮、笠岡粘土を使用)の結果を総合的に検討した.付着実験の結果より、土が高含水状態となった場合は、表面粗さの影響を大きく受け、表面粗さ指数が大きくなると付着力は増え、付着量は減ることが確認された.カブト虫の外皮はくぼみ構造により、付着量はSUS420J2よりも大きくなったが、付着力はSUS420J2よりも小さくなることを推定することができた.今回の結果は、材料表面の接触角(ぬれ性)と関係しており、表面粗さ指数が大きくなると接触角は大きくなる、つまり疎水性となることが確認された.以上より、材料表面の接触角(ぬれ性)は土と材料の付着特性を検討する際の重要なパラメータになることが分かった.なお、本研究では粘性土と材料の付着特性を実験的に検討してきたが、実験装置に粘土と材料をセットするときの影響によって、実験結果にばらつきが見られた.そこで、結果のばらつきを抑えるため、材料が粘土から引き離すときに初めて力がかかるような装置に改良した.その結果、以前の装置よりも安定した実験結果を得ることができ、これまで得られた結果と同じ傾向を確認することができた.本研究では,昆虫表皮の持つ表面特性を応用することで,固体表面の表面形状を土の付着しにくい構造に改良することを目的とし,昆虫表皮と土の付着特性を実験的に検討した.実験サンプルとして主に土の中に生息している昆虫および生物を選定し,顕微鏡で表面観察を行った.その結果,二つの共通する構造を確認した.具体的には,カブトムシ,ゲンゴロウ,タガメは羽の表面に共通するくぼみ構造を持ち,タニシとオオタニシからは一方向の縞模様を有することが分かった.次に,材料表面のぬれ性を評価するために接触角測定を行った.その結果,くぼみ構造を有するものは疎水性表面を,縞模様を有するものは親水性表面を示した.

さらに,粗さ測定を行って表面粗さパラメータを算出し,表面粗さパラメータと接触角との関係を考察したが,付着しにくい表面構造を構成するための明確な関係を見出すことはできなかった.さらに,表皮の付着実験を行った.粘性土と表皮が確実に接着させるため,湾曲のできるだけ少ない羽の部分を対象に付着量を測定した.その結果,全サンプルにおいて土の含水比が増えると付着量も増大した.さらに,表面粗さと付着量との関係を検討したところ,粗さの高さ方向の特徴平均パラメータである「とがり」が増えると付着量も増加するという強い線形関係が得られた.ゆえに,「とがり」は土が付着しにくい表面形状を構成するパラメータのひとつとなり得る可能性があることが確認された.一方,昆虫表皮だけではなく昨年度と同様,金属材料(SUS420J2)と粘性土との付着特性も実験的に検討した.具体的には供試体の作製方法を改良し,金属材料と粘性土との圧着強度を変えて,土の凝集力と金属材料に対する土の付着率を測定した.その結果,圧着強度が増えるにつれて,土の凝集力は増えるものの,付着率は低くなる,つまり土が付きにくくなることが確認できた.本研究ではネイチャー・テクノジーの概念を活用して、土が付着しない非付着性材料を開発し、その材料を建設機械や開発機械の作業ツールに適用することを目的として、粘性土と材料(金属および昆虫外皮)の付着特性を検討するために付着実験を行い、表面粗さ、ぬれ性、付着量、付着力を総合的に考察できたという理由から、本研究はおおむね順調に進展していると考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では土と材料の付着特性を実験的に検討し、土が高含水状態の場合では表面粗さが大きくなると付着力は増え、付着量は減るという結果が得られている.そして、カブト虫の外皮はくぼみ構造により、付着量はSUS420J2よりも大きくなったが、付着力はSUS420J2よりも小さくなることを推定できている.今後は土の種類を増やすとともに、土と昆虫外皮の付着力を実際に測定して、土が付着しない非付着性材料を開発するためのデータを蓄積し、土と材料の付着特性について議論を進める予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
大脳性視覚障害児に対する瞳孔反応法を用いた残存視覚能力の測定

〔目的〕重度心身障害を伴う大脳性視覚障害(CVI)児に対する残存視覚の評価方法を確立するため,視察による瞳孔反応(PR)法を用いたコントラスト感度測定の信頼性と妥当性を確認する.〔方法〕1.健常成人12名に対して,内観報告,視察による瞳孔反応法,瞳孔計によるPR法の3種類の測定法で輝度・赤緑色度コントラスト感度(CS)を測定した.また,視察によるPR法に関しては日を改め再度測定した.2.健常児童9名に対して,内観報告,視察によるPR法,視察による視運動性眼振(OKN)法の3種類の測定法で輝度・赤緑色度CSを測定した.3.CVI児10例に対して,視察によるPR法,視察によるOKN法の2種類の測定法で輝度・赤緑色度CSを測定した.また,3例のみ視察によるPR法で再測定を実施した.〔結果〕方法1では,視察によるPR法と内観報告との間で輝度・赤緑色度CSともに有意な正の相関を示した.また,2回測定された視察によるPR法の級内相関では,輝度・赤緑色度CSともに有意な強い相関を示した.しかし,視察によるPR法と瞳孔計によるPR法との輝度・赤緑色度CSにおける一致度は低かった.方法2では,輝度・赤緑色度CSとも視察によるPR法と他の測定法との一致度は年齢の低い群では不良であった.方法3では,視察によるPR法は,輝度CSにおいて年齢の高い症例で視察によるOKN法との一致が良好であった.〔結論〕視察によるPR法は,輝度・赤緑色度CSともに少なくとも青年期の対象者で有用である.〔目的〕重度心身障害を伴う大脳性視覚障害(CVI)児に対する残存視覚の評価方法を確立するため,視察による瞳孔反応(PR)法を用いたコントラスト感度測定の信頼性と妥当性を確認する.〔方法〕1.健常成人12名に対して,内観報告,視察による瞳孔反応法,瞳孔計によるPR法の3種類の測定法で輝度・赤緑色度コントラスト感度(CS)を測定した.また,視察によるPR法に関しては日を改め再度測定した.2.健常児童9名に対して,内観報告,視察によるPR法,視察による視運動性眼振(OKN)法の3種類の測定法で輝度・赤緑色度CSを測定した.3.CVI児10例に対して,視察によるPR法,視察によるOKN法の2種類の測定法で輝度・赤緑色度CSを測定した.また,3例のみ視察によるPR法で再測定を実施した.〔結果〕方法1では,視察によるPR法と内観報告との間で輝度・赤緑色度CSともに有意な正の相関を示した.また,2回測定された視察によるPR法の級内相関では,輝度・赤緑色度CSともに有意な強い相関を示した.しかし,視察によるPR法と瞳孔計によるPR法との輝度・赤緑色度CSにおける一致度は低かった.方法2では,輝度・赤緑色度CSとも視察によるPR法と他の測定法との一致度は年齢の低い群では不良であった.方法3では,視察によるPR法は,輝度CSにおいて年齢の高い症例で視察によるOKN法との一致が良好であった.〔結論〕視察によるPR法は,輝度・赤緑色度CSともに少なくとも青年期の対象者で有用である.〔目的〕重度な心身障害を伴う大脳性視覚障害(Cerebral Visual Impairment;CVI)児に対して,リハビリテーションを視野に入れた残存視覚の評価に視運動性眼振法によるコントラスト感度測定が有用であることを我々は報告した(境ら,2004).しかし,この方法では,高い空間周波数領域の刺激での眼振が生じにくいこと,自発性眼振の強い症例では判定が困難であるという問題が残る.瞳孔反応法によるコントラスト感度測定は,このような問題を払拭し,知的低下などの理由で検査に協力困難な症例の残存視覚を評価することに有用であるかもしれない.本研究では,(1)瞳孔反応法(視察)によるコントラスト感度測定の精度を確かめ(平成17年度),(2)この方法によるCVI児の残存視覚を評価し,測定法の信頼性を検証する(平成18年度).なお,予備研究(412歳までの健常児9名とCVI児8名に対する瞳孔反応法を用いたコントラスト感度測定)により,瞳孔をビデオ撮影し,縮瞳をリアルタイムで判定する視察法が有用であることを確認している.〔方法〕視察による瞳孔反応法の測定精度の確認(平成17年度実施分)健常被験者1名に対し,輝度または色度からなる4種類(0.125,0.5,2,8cycles/degree)の空間周波数パターン刺激を,段階的にコントラストを変化させて22インチモニターに呈示し,瞳孔計を用いて大まかな縮瞳の範囲を確認した.続いて,確認した縮瞳の範囲を十分に含んだ10段階の変化率を導き出し,空間周波数パターン刺激を用いて,各変化率の縮瞳を操作的に作り出し,赤外線ビデオカメラで撮影した.縮瞳しなかった映像を含む各変化率のビデオ映像を3人の判定者に個別にランダムな順番で500回呈示し,「縮瞳あり」または「縮瞳なし」の判定を行った.結果は,変化率と判定の正答率をグラフにとり,視察によって判定できる変化率を算出する予定である.〔目的〕

重度な心身障害を伴う大脳性視覚障害(Cerebral Visual Impairment ; CVI)児に対して,リハビリテーションを視野に入れた残存視覚の評価に視運動性眼振法によるコントラスト感度測定が有用であることを我々は報告した(境ら,2004).しかし,この方法では,高い空間周波数領域の刺激での眼振が生じにくいこと,自発性眼振の強い症例では判定が困難であるという問題が残る.瞳孔反応法によるコントラスト感度測定は,このような問題を払拭し,知的低下などの理由で検査に協力困難な症例の残存視覚を評価することに有用であるかもしれない.平成17年度は,瞳孔反応法(視察)によるコントラスト感度測定の精度を確かめた.平成18年度は,CVI児の残存視覚を評価する.〔方法〕CVI児に対する瞳孔反応法を用いた残存視覚の測定(平成18年度)CVI児10名(年齢2歳14歳)に対して,瞳孔反応法と視運動性眼振法によるコントラスト感度の測定を実施した.測定したコントラスト感度は,輝度,赤緑色度,(一部,青色度)であり,空間周波数は0.1258 cycles/degreeの範囲とした.瞳孔反応法(視察)は,パソコンモニターに提示した無地刺激から等輝度の縞刺激に切り替えた時,縮瞳が認められるか否かを,刺激に関して情報を知りえない観察者がビデオカメラを通してリアルタイムに判定するといった方法である.視運動性眼振法は,パソコンモニターに提示した縞刺激を水平方向(右または左方向)にドリフトさせた時,視運動性眼振が認められるか否かを,刺激に関して情報を知りえない観察者が直接被検者の眼を観察してリアルタイムに判定するといった方法である.〔結果〕視運動性眼振法によるコントラスト感度測定では,全10例から感度曲線を得ることができたが,瞳孔反応法による方法では,感度曲線を得ることができたのは3例のみであった.
電子-プロトン系の新しい光伝導デバイス

本研究では、プロトン-電子結合系での新しい光伝導デバイスの可能性を探るために、新しい水素結合系電荷移動錯体[M(H_2DAG)(HDAG)]TCNQ(M=Ni,Pd,Pt)を開拓した。この試料の電気伝導度は、250K付近で半導体から金属に転移する。常温での可視及び赤外吸収スペクトルから、TCNQの有機π電子バンドは部分酸化状態にあることがわかる。このような変化をXPS測定から眺めてみると、Pt錯体では、低温部でII-IVの混合原子価状態に移行することがわかった。このことは、鎖間水素結合を通じて、遷移金属ドナーのdバンドと有機アクセプターのπバンドが電子のやり取りをしていることを示している。このような温度に敏感な電荷移動現象はこれまでに観測された例はなく、注目に値する。特に、これらの特異現象が錯体形成のプロセスに深く関与している点にある。この錯体の化学式から推論されるように、錯体形成には脱水素プロセスを伴っているが、このプロセスが金属の価数を決定し、さらに鎖間水素結合を介した電荷移動によってTCNQ層のキャリヤー数をも支配していることである。このような脱水素プロセスによる金属原子価数の制御という手法は、これまでに報告された例はなく、本研究によって始めて考案されたものである。このシステムでは、常温での金属状態あるいは混合原子価状態が、低温ではプロトンの格子変形を伴った束縛状態へと変化する。その要因はdあるいはπ電子状態と配位子を含めたプロトン格子系との特異な相互作用にあると考えられるが、この状態での光伝導においてはプロトン移動をともなった特異な伝導機構の出現が予測され、今後の新しい展開が期待される。最近の新しい複写感光材料である有機電荷移動錯体(DTPP)を研究対象として取り上げ、その応用面での新しい可能性を探る研究を遂行している。本年度は、まず、この物質のもつ高い光応答感度の要因を解明するために、試料作成と平行してその物性測定を行い、次のような有意義な研究成果を得ることができた。i)基礎物性測定に不可欠な良質の単結晶作成に成功した。また、応用上欠かせない薄膜についても蒸着法による膜作成を試み、単結晶の光学スペクトルと比較しうる程度の膜を製作することができた。ii)DTPP単結晶について偏光反射スペクトルを測定し、結晶構造解析の結果と対比させることにより、分子内および分子間電荷移動の形態を明らかにすることができた。iii)単結晶および薄膜の光伝導励起励起スペクトルを測定し、それらを上記の反射スペクトルと比較することによって、光伝導と電荷移動形態との関連を明らかにした。また、これらのスペクトルには、反射スペクトルでは見いだされなかった構造が検出され、これがこの物質の高効率光伝導の起源であることが判明した。iv)光電流の電場依存性は非線形性の強いものであったが、水素結合に垂直な方向では、線形になることが見いだされた。これは水素結合が光伝導に重要な役割を演じていることを示している。この機構を説明するために、プロトン変位による電荷移動励起子の自動イオン化モデルを提唱した。以上の結晶構造解析と物性測定の結果を総合的に判断すれば、DTPP結晶はこれまでの錯体にはない特異な電導機構を有していることが判明し、次年度以降の研究の発展とその応用が大いに期待される。最近、赤外光領域までの感度もつ新しい複写感光材料が開発され、応用面での新しい展開が期待されている。本研究では、有機電荷移動錯体の一種であるDTPPおよびハロゲン架橋金属有機錯体を対象として、高い光援答感度をもつための要因を明かにし、電子ープロトン系の新しい光電導デバイス可能性を探った。

本研究計画の2年間において行った実験の結果に従えば、分子内および分子間に強い電荷移動相互作用および分子間の水素結合が微妙に相互作用し合うことにより、自動的に電荷解離が生じていることが判明した。この結果は本研究者らがこれまでに推進してきた"電子ープロトン相互作用を活用した物性の創造"の視点から予測していた結果でもある。これまでの成果を整理すると次のようになる。まず、DTPP単結晶については、1)偏向反射スペクトルを測定し、結晶構造解析の結果と対比させることにより、電子移動に関する詳細な情報を得た。2)光伝導の励起スペクトルを測定し、それを反射スペクトルと比較することによって、光伝導と電荷移動との関連を明かにした。3)光伝導の電場強度や結晶軸依存性空から判断すると、水素結合が光伝導に重要な役割を演じていることが解る。その機構を説明するためにプロトン変位による電荷移動励起子の自動イオン化モデルを提唱した。4)上記の結果を基盤として分子改良を行い、成功した。5)この新しい分子を用いて錯体を合成することができたただし、単結晶育成はまだ成功していない。また、ハロゲン架橋金属有機錯体については、レーザ励起下の過渡赤外光吸収スペクトル測定を行い、光伝導の新しいメカニズムとしてのソリトン生成を実験的に確証した。今後は、これらのの基盤に立って、応用上欠かせない薄膜での物性測定を行い、電荷解離の高効率化への条件を明確にする。また、これまでの実験結果を踏まえて、光伝素子を試作しその性能評価を行う。本年度の研究では、プロトン-電子結合系での新しい光伝導デバイスの可能性を探るために、新しい水素結合系電荷移動錯体[M(H_2DAG)(HDAG)]TCNQ(M=Ni,Pd,Pt)を開拓した。この試料の電気伝導度は、250K付近で半導体から金属に転移する。常温での可視及び赤外吸収スペクトルから、TCNQの有機π電子バンドは部分酸化状態にあることがわかる。このような変化をXPS測定から眺めてみると、Pt錯体では、低温部でII-IVの混合原子価状態に移行することがわかった。このことは、鎖間水素結合を通じて、遷移金属ドナーのdバンドと有機アクセプターのπバンドが電子のやり取りをしていることを示している。このような温度に敏感な電荷移動現象はこれまでに観測された例はなく、注目に値する。特に、これらの特異現象が錯体形成のプロセスに深く関与している点にある。この錯体の化学式から推論されるように、錯体形成には脱水素プロセスを伴っているが、このプロセスが金属の価数を決定し、さらに鎖間水素結合を介した電荷移動によってTCNQ層のキャリヤー数をも支配していることである。このような脱水素プロセスによる金属原子価数の制御という手法は、これまでに報告された例はなく、本研究によって始めて考案されたものである。このシステムでは、常温での金属状態あるいは混合原子価状態が、低温ではプロトンの格子変形を伴った束縛状態へと変化する。その要因はdあるいはπ電子状態と配位子を含めたプロトン格子系との特異な相互作用にあると考えられるが、この状態での光伝導においてはプロトン移動をともなった特異な伝導機構の出現が予測され、今後の新しい展開が期待される。