hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞内酵素活性のin situ real time観測法の開発

本研究では、「生きた細胞」を「非破壊的」に用いて、細胞内酵素の分布と活性の変化を観察し測定する手法(観測法)を開発する。そのためモデル系として初年度より、主にヒトデ卵母細胞内のプロテアーゼ活性を測定してきた。ヒトデ卵成熟は、プロテアーゼ阻害剤(Z-Phe-Ser-Argininal)によって阻害される。そこで、本研究で開発された細胞膜不透過性の蛍光物質(7-アミノクマリン-4-メタンスルフォン酸)にZ-Phe-Ser-Argを結合したプロテアーゼ基質を合成して、細胞内での酵素活性を測定すべく卵にマイクロインジェクションした。しかしZ-Phe-Ser-Argの配列が比較的疎水的なために、水溶液にはなりにくく、酵素基質の溶媒にジメチルスルフォキシドを使用せざるを得なかった。そのためマイクロインジェクション後に、基質が細胞内に析出してしまうことが明かとなり、測定が十分にできないことが判明した。さらにジメチルスルフォキシドは細胞内のリソゾームを破壊して、リソゾーム内に含まれていたプロテアーゼが放出される恐れも予測された。この弊害を避けるために、1)より親水性の蛍光物質の合成の検討、2)シクロデキストリン等で酵素基質を処理して親水性を高める技術の検討、を行なっている。化学発光基質による測定は、新規発光基質の開発を続けているが、まだ適切な物質の合成に成功していない。とりあえず6年度に購入したフォトンカウンターを用いて、モデル系として、ルシフェリンとルシフェラーゼを卵内に注入し、細胞内におけるATP濃度の分布と、ルシフェラーゼ活性を可視化するシステムを開発している。そのためのモデル系として、主にヒトデ卵母細胞内のプロテアーゼ活性を測定してきた。これまでの問題点として、酵素基質が一般に疎水性であり、水に溶け難いことがあげられる。本研究で開発された細胞膜不透過性の蛍光物質(7-アミノクマリン-4-メタンスルフォン酸)にSuc-Phe-Leu-Argを結合したプロテアーゼ基質を合成したところ、高濃度(5mM)でも水溶液になった。これをヒトデ卵にマイクロインジェクションしたところ、蛍光量が経時的に増加した。プロテアソーム特異的な阻害剤であるMG115で卵を処理したところ、蛍光量に変化がなくなったことから、本基質によってプロテアソーム活性が測定できることが示された。ヒトデ未成熟卵は、1-メチルアデニン(1-MA)で処理すると成熟する。卵成熟過程における、本基質の分解初速度を求めたところ、1-MA処理以降、上昇し始め、約一時間後に活性が最大になることが明らかになった。すなわち成熟卵と未成熟卵のVmaxは、それぞれ3.2と0.82(μM/min)だった。一方Kmについては、それぞれ96と22(μM)であった。よって本観測法によって、「生きた細胞」の酵素活性の変化が、リアルタイムで測定できることが示された(特許出願準備中)。天然に存在する新規発光基質の探索を目的として、群体ホヤの一種であるクラベリ-ナの発光機構についても解析し、発光細胞を同定した。
チャンネルの自由度をもつ非フェルミ液体の磁性・超伝導及び輸送特性

この研究の主な目的は,最近盛んに研究されている様々な自由度をもつ系がしめす異常物性を,その多様な自由度に着目することにより解明しようとするものである.これらの自由度の主なものとして,磁気的2重極と4重極および8重極がある.ここでは,4重極と8重極の自由度をチャンネルの自由度として,チャネルの自由度がどのように物理量を決めるかを研究してきた.すなわち,第一に不純物アンダーソン模型において1/N展開を用いて,補助粒子(スレーブボゾン,擬フェルオン)の赤外発散指数を正しく表すことができること示した.次に,チャンネルの自由度の数(M)により非フェルミ液体性がどのように現れるか.すなわち,チャンネルの自由度のないM=1では補助粒子の赤外発散の指数が相殺し,物理量には現われないことを示すとともに,M>1の場合には相殺せずに赤外発散が物理量にも残ることを示し,その赤外発散指数を決定した.またその延長で,アンダーソン格子模型を研究した.その結果として,チャンネルの自由度のないM=1の場合には,赤外発散は相殺して異常な項は現れず,フェルミ液体になるが,M>1では,電気抵抗に温度に比例する項が現れるなど非フェルミ液体性を示すことがわかった.第二には,局所相関の強い系である酸化物高温超伝導体の研究に,補助粒子を用いて1/N展開法を適用することにより,擬ギヤツプなどこの系に特有な現象を調べ,実験で提唱されている相図を再現した.擬ギャップの原因は,スピン揺らぎと超伝導揺らぎの相関に由来することを明らかにした.第三に,数値的な方法により高温超伝導体を研究した.また,動的な分子場近似法を用いることにより,メタ磁性や金属-絶縁体転移を研究した.チャンネルの寄与も明らかにした.この研究の主な目的は,最近盛んに研究されている様々な自由度をもつ系がしめす異常物性を,その多様な自由度に着目することにより解明しようとするものである.これらの自由度の主なものとして,磁気的2重極と4重極および8重極がある.ここでは,4重極と8重極の自由度をチャンネルの自由度として,チャネルの自由度がどのように物理量を決めるかを研究してきた.すなわち,第一に不純物アンダーソン模型において1/N展開を用いて,補助粒子(スレーブボゾン,擬フェルオン)の赤外発散指数を正しく表すことができること示した.次に,チャンネルの自由度の数(M)により非フェルミ液体性がどのように現れるか.すなわち,チャンネルの自由度のないM=1では補助粒子の赤外発散の指数が相殺し,物理量には現われないことを示すとともに,M>1の場合には相殺せずに赤外発散が物理量にも残ることを示し,その赤外発散指数を決定した.またその延長で,アンダーソン格子模型を研究した.その結果として,チャンネルの自由度のないM=1の場合には,赤外発散は相殺して異常な項は現れず,フェルミ液体になるが,M>1では,電気抵抗に温度に比例する項が現れるなど非フェルミ液体性を示すことがわかった.第二には,局所相関の強い系である酸化物高温超伝導体の研究に,補助粒子を用いて1/N展開法を適用することにより,擬ギヤツプなどこの系に特有な現象を調べ,実験で提唱されている相図を再現した.擬ギャップの原因は,スピン揺らぎと超伝導揺らぎの相関に由来することを明らかにした.第三に,数値的な方法により高温超伝導体を研究した.また,動的な分子場近似法を用いることにより,メタ磁性や金属-絶縁体転移を研究した.チャンネルの寄与も明らかにした.セリウムやウランなど局在f電子をもつ不純物を含む系において強相関効果を研究してきた。研究手法はM個のチャンネルに対応する補助粒子(スレーブボゾン)、軌道-スピン自由度を表す擬フェルミオンを導入し1/N展開法を適用した。得られた結果を以下に述べる。(1)不純物の場合単チャンネルの場合には、補助粒子の赤外発散は物理量には現れない。即ち補助粒子の赤外発散は物理量の計算では互いに相殺することになる。多チャンネルの場合には、相殺は完全ではなく、物理量には、補助粒子の赤外発散に由来する発散が残る。補助粒子の赤外発散の指数、およびスピン感受率、アイソスピン感受率、電荷感受率等の実部、虚部の赤外発散指数を求めた。(2)結晶格子を作っている場合単チャンネルの場合、1/Nの0次で減衰の無い重い電子を記述できる。1次でも、フェルミ液体的な減衰以外は多数項の相殺により生じない。更に2次まで計算した。この場合、18のダイアグラムの相殺により減衰は生じ無かった。また、この系ではラッティンジャー総和則が満たされており、フェルミ液体となっている。多チャンネルの場合、1/Nの1次で温度に比例する減衰が現れ、この系がマージナルフェルミ液体となっていることが分かった。セリウムやウランなど局在f電子をもつ不純物を含む系において強相関効果を研究してきた。研究手法はM個のチャンネルに対応するの補助粒子(スレーブボソン)、軌道-スピン自由度を表す擬フェルミオンを導入し1/N展開法を適用した。(1)アンダーソン格子模型単チャンネルの場合、1/Nの0次で減衰の無い重い電子を記述できる。一次でも、フェルミ液体的な減衰以外は多数項の相殺により生じない。この場合、18のダイアグラムの相殺により減衰は生じなかった。

また、この系ではラッティンジャー総和則が満たされており、フェルミ液体となっている。多チャンネルの場合、1/Nの1次で格子を作っているため生じるインターサイト項を取り入れると、定数項は打ち消し合い、温度に比例する減衰のみが現れ、この系が並進対称性を満たしていることを反映した計算になっていることを示す。(2)2チャンネルアンダーソン格子模型をURu2Si2の微小磁気能率の研究に適用した。温度が17.5Kでの相転移は4重極オーダー、更に温度が下がると8重極のオーダーが生じ、それに伴い、微小磁気能率をもった反強磁性が現れることを示した。こららのモデルは最近、弾性的な中性子散乱により観測されている2つの争点移転の存在とよく一致した結果となっている。また、微小磁気能率は、基底状態に混合した第一励起状態の磁気能率に由来する。セリウムやウランなど局在f電子をもつ不純物を含む系において強相関効果を研究してきた.研究手法はM個のチャンネルに対応する補助粒子(スレーブボゾン),軌道-スピン自由度を表す擬フェルミオンを導入し1/N展開法を適用した。得られた結果を以下に述べる.(1)アンダーソン格子模型単チャンネルの場合,1/Nの0次で減衰の無い重い電子を記述できる.1次でも,フェルミ液体的な減衰以外は多数項の相殺により生じない.更に2次まで計算した.この場合,18のダイアグラムの相殺により減衰は生じなかった.また,この系ではラッティンジャー総和則が満たされており,フェルミ液体となっている.多チャンネルの場合、1/Nの1次で格子を作っているため生ずるインターサイト項を取り入れると、定数項は打ち消し合い,温度に比例する減衰がのみが現れ,この系が並進対称性を満たしていることを反映した計算になっていること示した.これらの結果を纏めて刊行した.(2)2チャンネルアンダーソン格子模型をURu2Si2の微少磁気能率の研究に適用した.最近の実験結果により,2重極がオーダーする相が核磁気緩和実験により発見され,4重極がオーダーする相と共存することが分かった.この実験結果に基づき,研究を進展させた.具体的には,17.5Kでの相転移は4重極オーダーであるとしてその大きさを計算した.次にそのオーダーの下での2重極の揺らぎの誘起による準ブラッグピークを計算し,中性子による磁気モーメントの観測値の検討を行い,実験と整合性をもつ結果を得た.更に,2重極がオーダーする相の計算を行い,磁気モーメントの計算が実験と整合性をもつこと示した.これらの研究により,URu2Si2の微少磁気能率は大筋で理解出来たと思われる.セリウムやウランなど局在f電子をもつ系および銅など遷移元素の局在3d電子をもつ系を、強相関電子系の観点から研究してきた.研究手法はM個のチャンネルに対応する補助粒子(スレーブボゾン),軌道ースピン自由度(N)を表す擬フェルミオンを導入し1/N展開法を適用した.(1)単チャンネルのアンダーソン格子模型に適用した場合には,1/Nの0次で減衰の無い重い電子を記述できる.1次でも,フェルミ液体的な減衰以外は多数項の相殺により生じない.また,この系ではラッティンジャー総和が満たされており,フェルミ液体となっている.
トロピカル幾何学及びリジッド解析幾何学とそれらの数論幾何への応用

本年度は代数的サイクルとトロピカル幾何の関係を調べ,複素数体および自明付値無限体上の滑らかな代数多様体に対し,その有理Chow群が有理トロピカルコホモロジーの一部と同型であることを証明した.これは複素代数幾何の主要な未解決問題であるHodge予想のトロピカルコホモロジーに対する類似である.その系としてGrothendieckの代数的サイクルの標準予想Dの類似(トロピカルホモロジカル同値と数値同値が等しいこと)も得られた.より具体的には,曲面などの場合の具体的な計算とLiuによるMilnor K理論を用いたトロピカルサイクル類写像の構成から着想を得て,Milnor K理論のトロピカル類似(以下,トロピカルK理論)を導入し,「(有理)トロピカルコホモロジーが,(有理)トロピカルK理論のZariski層の層コホモロジーである」ことを示した.高次元の多様体のトロピカルコホモロジーを直接計算することは困難であるが,定理の証明ではQuillen,Bloch-Ogus,Gabber,Rost,Colliot-Thelene-Hoobler-Kahnらによって与えられた一般の「コホモロジー理論」に関する定理を用いることで,非アルキメデス幾何の簡単な計算に帰着させ解決した.また具体例として,滑らかなトーリック多様体のトロピカルコホモロジーが,特異コホモロジーの重みフィルトレーションの次数付き商と同型であることを証明した.証明にはホモトピー普遍性と組の完全列とTotaroとJordanによって与えられた重みフィルトレーションの次数付き商の組み合わせ的表示を用いた.以下の3つの理由による.1.今年度は代数的サイクルをトロピカル類似で表し,翌年度以降の研究でトロピカルコホモロジーと比較するつもりであったが,代数的サイクルとトロピカルコホモロジーを直接比較することができたため.2.一般の代数多様体は非常に難しい対象であるので,当初は曲面など特別な多様体のみでしか結果を得ることは難しいと予想していたが,一般の代数多様体で結果を得ることができたため.3.翌年度以降の予定であった特異コホモロジーとトロピカルコホモロジーの比較を,トーリック多様体という限定的な多様体ではあるが行うことができたため.本年度の研究により,Hodge予想のような特異コホモロジーの代数的部分に関する予想は,特異コホモロジーとその類似物であるトロピカルコホモロジーの比較の問題に帰着された.2年目以降は,その問題の解決を目標として,これらのコホモロジーの間の関係を調べる予定である.本年度は代数的サイクルとトロピカル幾何の関係を調べ,複素数体および自明付値無限体上の滑らかな代数多様体に対し,その有理Chow群が有理トロピカルコホモロジーの一部と同型であることを証明した.これは複素代数幾何の主要な未解決問題であるHodge予想のトロピカルコホモロジーに対する類似である.その系としてGrothendieckの代数的サイクルの標準予想Dの類似(トロピカルホモロジカル同値と数値同値が等しいこと)も得られた.より具体的には,曲面などの場合の具体的な計算とLiuによるMilnor K理論を用いたトロピカルサイクル類写像の構成から着想を得て,Milnor K理論のトロピカル類似(以下,トロピカルK理論)を導入し,「(有理)トロピカルコホモロジーが,(有理)トロピカルK理論のZariski層の層コホモロジーである」ことを示した.高次元の多様体のトロピカルコホモロジーを直接計算することは困難であるが,定理の証明ではQuillen,Bloch-Ogus,Gabber,Rost,Colliot-Thelene-Hoobler-Kahnらによって与えられた一般の「コホモロジー理論」に関する定理を用いることで,非アルキメデス幾何の簡単な計算に帰着させ解決した.また具体例として,滑らかなトーリック多様体のトロピカルコホモロジーが,特異コホモロジーの重みフィルトレーションの次数付き商と同型であることを証明した.証明にはホモトピー普遍性と組の完全列とTotaroとJordanによって与えられた重みフィルトレーションの次数付き商の組み合わせ的表示を用いた.以下の3つの理由による.1.今年度は代数的サイクルをトロピカル類似で表し,翌年度以降の研究でトロピカルコホモロジーと比較するつもりであったが,代数的サイクルとトロピカルコホモロジーを直接比較することができたため.2.一般の代数多様体は非常に難しい対象であるので,当初は曲面など特別な多様体のみでしか結果を得ることは難しいと予想していたが,一般の代数多様体で結果を得ることができたため.3.翌年度以降の予定であった特異コホモロジーとトロピカルコホモロジーの比較を,トーリック多様体という限定的な多様体ではあるが行うことができたため.本年度の研究により,Hodge予想のような特異コホモロジーの代数的部分に関する予想は,特異コホモロジーとその類似物であるトロピカルコホモロジーの比較の問題に帰着された.2年目以降は,その問題の解決を目標として,これらのコホモロジーの間の関係を調べる予定である.
東アジアにおけるヴォーリズ(W.M.Vories)の建築と影響に関する比較研究

東アジアにおけるヴォーリズの建築活動や作品分析にあたり、主に現存する設計図面の整理調査と分析研究を行った。特に今年度においては、昨年度に構築したヴォーリズの日本国外における現存図面(作品94件、全875枚)のデータベースをもとに、各図面の詳細な分析調査を進めた。そこで、各図面から読み取れた大きな特徴として、以下のことが挙げられる。(1)設計案の意図が窺えるヴォーリズによる初期スケッチ図面の発見、(2)実施図面の製作過程におけるヴォーリズ建築事務所のスタッフ全員による協力体制、(3)1920年代から設計に用いられた寸法が西洋のヤード・ポンド法から東洋の尺貫法へ移行したこと、(4)1930年代から図面作成の表記が英語から日本語へとの変化、(5)東アジアを舞台と活動した欧米建築事務所との連携活動、(6)日本国内での建築活動同様、日本国外においても主にミッション建築を手がけるなど、日本を本拠として広く東アジアを舞台に活躍したヴォーリズのミッショナリー建築家としての位置づけを再確立することができた。また、これらの現存図面の整理調査および分析研究の成果として、日本建築学会の論文集に「東アジアにおけるヴォーリズ(W.M.Vories)の建築活動に関する研究-その1.韓国(朝鮮半島)に計画された現存図面の整理・分析を中心に-」(2007年1月号)を掲載し、引き続き同論文集に継続研究「その2.中国関連の現存設計図面の整理・分析を中心に-」(整理番号:0709028)を投稿中である。東アジアにおけるヴォーリズの建築活動や作品分析にあたり、主に図面調査、文献調査、現地調査を行った。まず、今回の原図の整理調査を通じ、ヴォーリズが日本国外で手がけた建築作品94件、全875枚におよぶ膨大な分量のデータベースが構築できた。また、その原図の高画質スキャニングによるデジタル化も完成した。それにより今後の図面調査、および貴重な設計図面原図の保存に供せられる。次に、ヴォーリズ自身によって発行された月刊報告書「Omi Mustard-Seed」の文献調査分析を行った。そこで、朝鮮半島、中国、台湾への出張および旅の全貌、その各地で行った建築活動や当地の宣教師らとの交流活動など、ヴォーリズの国際主義的な思想や広く東アジアに建築作品を残せた背景が明らかになりつつある。韓国における関係諸都の建築調査旅行を実施したなかで、その代表的建築作品でもある梨花女子大学において、「ヴォーリズ建築活動および作品について」という主題で講演(2006年3月25日、ソウル)を行った。その後の交流会では梨花女子大学の関係者からヴォーリズが手がけた現存建築群を竣工当時のものに復元修理したいとの意向が示され、今後具体的な学術的協力が検討されよう。その他今回の調査により当地におけるヴォーリズの現存作品の確認、関連資料の収集、写真記録の作成などの収穫があり、今後行う中国、台湾での現地調査も含めてヴォーリズの東アジアにおける現存建築に関する調査研究報告書をまとめる予定である。
重症肺気腫に対する遺伝子治療の開発

【目的】Keratinocyte growthfactor(KGF)は2型肺胞上皮細胞に対する増殖因子であり細胞の増殖、あるいは1型上皮細胞への分化を誘導、促進するとされ、種々の肺傷害モデルでKGFが肺胞上皮の保護、修復、再生に関与したとの報告がある。そこでマウス肺気腫モデルを作成しKGF発現プラスミドを導入し組織学的評価、肺気腫病態の進行抑制、また改善の有無を検討した。【方法】オス8-9週令BALB/cに経気道的にエラスターゼを投与し肺気腫モデルを作成した。同時にKGF発現プラスミドを下腿筋に注入しエレクトロポレーション法による遺伝子導入を施行した。コントロール群にはKGF非発現プラスミドを使用し同様の処置を行った。導入後、HE染色、免疫組織化学染色、in situ hybridizationによる評価を行った。【結果】KGFプラスミド導入群ではコントロール群と比較し導入後4,7日目で血清KGF高値を示し、肺組織でもKGF、KGFreceptor(KGFR)、増殖マーカー(PCNA)の高発現を認めた。またPCNA発現陽性細胞においてサーファクタント蛋白やKGFRが発現しており2型肺胞上皮細胞の増殖、ならびにKGFへの感受性亢進が示唆された。肺組織でのin situ hybridizationでは導入後2-3日目をピークにKGFmRNAの高発現を認めた。しかしHE染色での形態変化や動脈血ガス分析での変化は認めなかった。【結語】エレクトロポレーション法によるKGF発現プラスミドの導入により肺気腫モデル肺においてKGFおよびKGFRの発現が増強し肺胞上皮細胞増殖を促進した。肺気腫モデルに対するKGF遺伝子導入の効果について検討している。当初の計画通り、SDラットに経気管的に75Uエラスターゼを投与し、ラット肺気腫モデルを作成した。エラスターゼ投与後0日目にKGFプラスミド100800μg/bodyをelectroporation法にて下腿筋内に投与した。しかし、蛋白発現が充分に得られず、導入条件の変更などを行ったが改善は得られず、原因も不明であった。そこで、必要量が相対的に少量でよいマウスを用いて同実験を行った。BALB/cマウスに7.5Uエラスターゼを投与し、肺気腫モデルを作成した。エラスターゼ投与後O日目にKGFプラスミド80μg/bodyをelectroporation法にて下腿筋内に投与した。KGF蛋白発現および肺への影響を検討している。現在、KGFプラスミド投与モデルにおいて肺上皮細胞におけるPCNA陽性細胞が多く見られる傾向があり、肺上皮の増殖を喚起している可能性がある。現在マウスモデルにおいてさらにモデル数を増やし、検討を進めているところである。KGFはII型肺胞上皮細胞の増殖を促進し、種々の肺傷害において肺胞上皮の保護、修復、再生に関与する。実際急性肺傷害に対するKGF蛋白の経気道投与法の有効性が報告きれているが、本投与法では効果の持続期間が短いため頻回の投与を要し経費も莫大である。そこでマウス肺気腫モデルに対してKGF発現プラスミドをエレクトロポレーション法にて異所的に導入し肺気腫病態進行の抑制、また改善域を検討した。雄8-9週令のBALB/cに対し経気道的にマウス一匹あたりエラスターゼ2Uを投与し肺気腫モデルを作成した。同時にKGF発現プラスミドをマウス一匹あたり80μg下腿筋に注入し、エレクトロポレーション法(75V、20ms、6pulses)による遺伝子導入を行った。導入後2、3、4、7、14日目に肺、下腿筋、血液を採取し、HE染色、免疫組織化学(KGF、KGF receptor(KGFR)、PCNA)、ELISAによる評価を行った。肺機能評価は動脈血ガス分析にて行った。

KGFプラスミド導入群では対照群(ベクターのみ使用)と比較して導入後2、3、4、7日目において血清KGF高値を示し、肺組織でもKGF、KGFR、および増殖マーカー(PCNA)の高発現を認めた。PCNA陽性細胞は高い割合でKGFR陽性細胞やサーファクタント蛋白陽性細胞と一致していた。しかしながら肺組織のHE染色では明らかな形態変化を認めず、動脈血ガス分析による肺機能評価でも有意差を認めなかった。エレクトロポレーション法によるKGF発現プラスミド導入により肺気腫モデル肺においてKGFおよびKGFRの発現が増強し肺胞上皮細胞増殖を促進した。今後は肺機能改善に必要な投与量、投与時期の検討が必要と思われる。
非分泌型遺伝子(se)のクローニング

唾液や消化管粘膜などのABO血液型の発現にはsecretor typeのα(1,2)フコシルトランスフェラーゼ遺伝子(FUT2)が関与していると考えられている。これらの組織にABO血液型物質が発現できない非分泌型の個体より、ゲノムDNAを抽出し、FUT2をPCR法により増幅し、これをDNAシークエンス解析した。その結果(1)385番目の塩基がAからTに置換し、それによりコドン129のアミノ酸がイソロイシンからフェニルアラニンに置換しているミスセンス変異(2)571番目のCがTに置換し、その結果コドン191番目のアルギニンがストップコドンに変わるナンセンス変異(3)628番目のCがTに置換しその結果コドン210番目のアルギニンがストップコドンに変わるナンセンス変異(4)FUT2とその偽遺伝子がunequal crossoverによって融合したFusion ganeといった4種のnull alleleを日本人集団において発見した。さらにこれらの変異を持つ真核細胞発現ベクターを構築し、これらの真核細胞(COS7)にトランスフェクトすることにより、これらの変異の結果FUT2にコードされているα(1,2)フコシルトランスフェラーゼが失活することを示した(Am.J.Hum.Genet.,59,343-350,1996)。また赤血球のABO血液型発現を調節しているH typeのα(1,2)フコシルトランスフェラーゼ遺伝子(FUT1)をパラボンベイ個体で解析し、2種のミスセンス変異を発見し、これらの変異によりFUT1にコードされている酵素の活性が消失することを示した(Vox Sang.,72,31-35,1997)。
ダイオード励起固体レーザを用いたドップラーグローバル流速計の開発

レーザシート2次元平面内で速度三方向成分を計測することができるドップラーグローバル流速計(DGV : Doppler Global Velocimetry)を開発した.光源としてダイオード励起固体(DPSS:Diode-Pump Solid State)レーザを用い,従来複雑であった光学システムを簡素化した.開発したシステムは,微弱なドップラ信号をヨウ素の吸収特性曲線を伝達関数とすることで散乱光強度比として捉え,レーザシート面内を突き抜ける粒子の速度を検出するものであり,DPSSレーザおよびヨウ素セルを用いた光学システムを構築し,回転円盤による速度計測精度の検定を行った.本研究では,光源としてダイオード励起固体レーザを用い,ドップラーグローバル流速計の計測原理に基づいた次世代三次元PIVシステムの開発を目的とする.ダイオード励起固体レーザは波長532.32nm,光出力150mW,線幅<1.0MHz以下という優れた狭振幅波長安定性を示す.レーザ光は円形噴流出口10mmに照射され,噴流中の飛行粒子によるミー散乱光がアバランシェフォトダイオードにより検出される.飛行粒子の光に対するドップラ周波数の変化量は数百MHz程度であり,直接の検出は困難である.そこで,ヨウ素の吸収特性を利用する.ヨウ素による光吸収された計測光および参照光の光出力は吸光度比として検出され,あらかじめ取得したヨウ素セルの吸収特性曲線を伝達関数とすることで飛行散乱粒子のドップラシフト量を算出することができる.本課題では,円形噴流を飛行する粒子の1次元絶対速度を検出することを試みた.円形噴流速度を2050m/sの範囲で変化させてピトー管との同時計測を行ったところ,吸光度比と粒子の飛行速度には直線的な比例関係があることが確認できた.流体の速度を画像計測により計測するPIV(Particle Image Velocimeter)は,レーザの低価格化およびカメラの高性能化に伴い,一般的な計測手法として広まった.PIVによるレーザシート面内の速度分布は,数値解析結果と比較しやすく,大規模剥離渦挙動を計測できる3次元PIVシステムの確立が求められている.3次元PIVシステムとしては,2台のカメラを複眼として用いたもの,レーザシート光をスキャニングするもの等が提案されているが,どの方法も2次元PIVシステムの拡張であり,システムが複雑かつ取扱いが難しく,ターボ機械の内部流れに適用することは難しい.そこで本研究では,レーザシート面内で速度三方向成分を計測することを念頭に開発されたドップラーグローバル流速計(DGV : Doppler Global Velocimetry)に着目した.DGVは,2000年初頭にNASAやVKIなどを中心に開発が進められた計測手法である.しかし,光源としてガスレーザを用いていた為,狭線幅でかつ周波数が安定したレーザ光を得るための工夫に多大な労力と費やし,一般的に普及する計測法にはならなかった.本研究では,光源としてダイオード励起固体(DPSS:Diode-Pump Solid State)レーザに着目し,従来複雑であった光学システムを簡素化することを狙った.微弱なドップラ信号をヨウ素の吸収特性曲線を伝達関数とすることで散乱光強度比として捉え,レーザシート面内を突き抜ける粒子の速度を検出する光学システムを構築した.光源の波長安定性およびヨウ素の吸収特性曲線を計測し,回転円盤によるドップラ周波数の計測により計測精度を確認した.レーザシート2次元平面内で速度三方向成分を計測することができるドップラーグローバル流速計(DGV : Doppler Global Velocimetry)を開発した.光源としてダイオード励起固体(DPSS:Diode-Pump Solid State)レーザを用い,従来複雑であった光学システムを簡素化した.開発したシステムは,微弱なドップラ信号をヨウ素の吸収特性曲線を伝達関数とすることで散乱光強度比として捉え,レーザシート面内を突き抜ける粒子の速度を検出するものであり,DPSSレーザおよびヨウ素セルを用いた光学システムを構築し,回転円盤による速度計測精度の検定を行った.本研究では,光源としてダイオード励起固体レーザを用い,ドップラーグローバル流速計の計測原理に基づいた次世代三次元PIVシステムの開発を目的とする.当該年度では,ヨウ素フィルターを試作し,レーザの波長を掃引する光学系を試作し,速度計測のための伝達関数を取得することを目標とした.ダイオード励起固体レーザから射出された波長532.32nm,光出力150mW,線幅<1.0MHz以下のレーザ光をフィルターへ導き,ヨウ素による光吸収された計測光および参照光の光出力をフォトダイオードにより計測し,光出力比を吸光度比として伝達関数を取得する光学系を構成した.ヨウ素フィルターは直径40mmの円筒ガラスにより製作し,円筒ガラス外周には電熱線ヒータを取り付け,温度コントロールすることにより封入したヨウ素の昇華量を変化させた.また,レーザの光周波数の掃引にはAOM(Acoustic Optical Modulator)を用い,印加電圧の変化させることにより,230MHz430MHzの光周波数を変化させることができるようにした.ヨウ素フィルターの保持温度を100度として吸光度比を計測したところ,AOMで可変できる周波数範囲では直線的な光吸収特性を示し,速度範囲に換算すると040m/sの範囲で計測できる伝達関数を取得することができた.

また,レーザの波長安定性は非常に高く,速度換算で±0.15m/sの精度で計測できる波長安定性を示した.本年度の研究成果により,ダイオード励起固体レーザを用いることでドップラーグローバル流速計を簡易な光学系で構成できること,さらに,従来のガスレーザでは困難であった計測精度の改善が可能であることが分かった.本年度の計画通り,円形噴流を用いて1次元流れ計測を行うことができた.レーザの波長安定性およびヨウ素フィルターの温度安定性から判断された計測性は±0.15m/sであるのに対して,円形噴流計測値は±3m/sと大きいことが分かった.散乱光強度は微弱であり,アバランシェフォトダイオードの過大な増幅に伴うノイズが原因と判断された.そこで,増幅回路を自作のものから専用品へ切り替えて計測を行ったところSN比は大きく改善できることが分かった.本年度の計画通り,ヨウ素フィルターの吸収特性を計測する光学系を構成し,伝達関数を取得することができた.また,レーザの波長安定性およびヨウ素フィルターの温度安定性を評価し,本システムが高い流速計測精度を持っていることを確認できた.アバランシェフォトダイオードの増幅回路として専用品を2つ用い,参照光およびヨウ素セルを通した計測光の同時計測を行う.改良した計測システムを用いて円形噴流による1次元計測を行い計測精度の検証を行う.また,レーザをシート光とし光センサとしてCMOSカメラを導入することで1次元から2次元面計測システム発展させる.ダイオード励起固体レーザおよびヨウ素フィルターを用いて,一次元速度計測システムを構築する.ヨウ素の吸収特性曲線の中間位置にレーザの発振波長を固定し,アバランシェフォトダイオード(APD)により飛行粒子の散乱光強度を計測する.なお,点計測で計測精度が確認した後,レーザ光をシート光とし,受光素子としてCMOSビデオカメラを用いることで一次元の面計測システムを構成する.なお,カメラからの輝度データはFPGAにより画像処理する専用回路をVHDLにより記述し,速度ベクトルの実時間処理システムを開発する.アバランシェフォトダイオード出力を増幅するための専用増幅回路が必要である.また,レーザシート光形成のための光学系,参照光イメージおよびヨウ素セルを通した計測イメージを1つのCMOSカメラ導く光学レンズが必要である.画像イメージの後処理はFPGAを用いて行い,プログラム開発環境およびFPGA開発ボードが必要である.レーザシート光を形成させるための光学部品,FPGAによる画像処理システムの開発環境が必要である.
博愛社と大阪社会事業の総合的研究

本研究は、大阪で福祉(児童・高齢者・障害者等)・教育活動(幼稚園)を行う社会福祉法人博愛社と大阪地域の慈善・社会(福祉)事業の展開について歴史的かつ多角的に研究を行う。博愛社は1890年に兵庫県赤穂で創設、大阪に移転後は大阪地域で先駆的な社会福祉事業を展開してきた。創設以来約130年にわたる同社事業や関連人物、戦前日本の社会事業の中心地ともいうべき大阪地域に関する一万点以上の史料を所蔵する。これらはまさに日本福祉史の実態解明のための貴重な史料群である。本研究ではこれらの貴重史料の整理・保存作業を進め、同時に史料目録・翻刻等を公刊し、それらを用いて実証的な歴史研究に取り組む。
分子認識に基づく難病治療薬のデザインと医薬化学研究

分子認識を基盤とした難病治療薬の開発を目的とし、基質遷移状態概念に基づいたプロテアーゼ阻害剤の創製、クリックペプチドを用いたアルツハイマー病の発症メカニズムの解析および治療薬創製への応用、さらにタンパク質構造に隠された新しい生理活性ペプチド、「クリプタイド」の同定とその情報伝達機構の解明を行なった。本研究では分子認識を基盤とした難病治療薬の開発を目的とし、基質遷移状態概念に基づいたプロテアーゼ阻害剤の創製、クリックペプチドを用いたアルツハイマー病の発症メカニズムの解析および治療薬創製への応用、さらにタンパク質構造に隠された新しい生理活性ペプチド、「クリプタイド」の同定とその情報伝達機構の解明、ならびにそれに基づいた新しい治療薬の創製研究をめざした。特に、我々の開発したアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア発症に重要な役割を果たすplasmepsin類,アルツハイマー病に関与しているアミロイドβペプチドを生成するβセクレターゼ(BACE1),成人T細胞白血病発症に重要なHTLV-1プロテアーゼに応用して,マラリア,アルツハイマー病,白血病のような難病克服を目指した分子認識に基づく治療薬のデザイン・合成と構造最適化・プロドラッグ等の医薬化学研究を行いその開発への指針を示した。具体的には、マラリア原虫由来のhisto-aspartic protease(HAP)の結晶構造を解析し、阻害剤開発のための足掛かりを得た。BACE1阻害剤に関しては、P2位にピリジンスカフォールドを有する化合物を合成し、さらにF原子を導入することにより高活性の阻害剤を得た。また、O-アシルイソペプチド法を用いた「クリックペプチド」研究の一環として、アミロイドβペプチド1-42(E22△)クリックペプチドを合成し、pH変化によって天然型のアミロイドペプチドを生成させ、アルツハイマー病研究の有効な研究試薬を作ることに成功した。クリプタイド研究においては、単離したクリプタイドが免疫細胞を利用して生体調節に関与していることを見出した。具体的にはX線結晶回折によるHIVプロテアーゼの構造解析により野生型及び変異酵素の特異性を解明し、次世代阻害剤デザインの足掛かりを得た。Plasmepsin阻害剤の赤血球中での抗マラリア作用を測定し、高活性な化合物を見出した。アルツハイマー病に関与しているアミロイドβペプチドを生成するβセクレターゼ(BACE1)阻害剤の開発研究においては膜透過性を考慮した設計により、高活性な低分子型阻害剤を見出している。アルツハイマー病の発症メカニズムの解析研究に有用なAβペプチドのクリックペプチドを用いたAβの凝集阻害剤のアッセイ系を開発した。クリプタイドが関与する生体情報伝達機構を明らかにするため、好中球活性化ペプチドmitocryptide-2の受容体分子の同定と細胞内情報伝達機構の解析を行ない、新しい知見が得られた。本研究では分子認識を基盤とした難病治療薬の開発を目的とし、基質遷移状態概念に基づいたプロテアーゼ阻害剤の創製、クリックペプチドを用いたアルツハイマー病の発症メカニズムの解析および治療薬創製への応用、さらにタンパク質構造に隠された新しい生理活性ペプチド、「クリプタイド」の同定とその情報伝達機構の解明、ならびにそれに基づいた新しい治療薬の創製研究を行なった。特に、我々の開発したアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア発症に重要な役割を果たすplasmepsin類,アルツハイマー病に関与しているアミロイドβペプチドを生成するβセクレターゼ(BACE1),成人T細胞白血病発症に重要なHTLV-1プロテアーゼに応用して,マラリア,アルツハイマー病,白血病のような難病克服を目指した分子認識に基づく治療薬のデザイン・合成と構造最適化・プロドラッグ等の医薬化学研究を行いその開発への指針を示すことを目指して研究を行った。マラリア治療薬研究においては、プラスメプシンおよびHAPと阻害剤の複合体の結晶構造を明らかにした。アルツハイマー病治療薬研究においては、P1位を修飾したペンタペプチドBACE1阻害剤、またin silicoでデザインしたトリペプチド、基質をもとにデザインした化合物が高い活性を持つことを見出した。HTLV-1プロテアーゼ阻害剤研究においては、疎水性を有する阻害剤が高い阻害活性を持つことを見出した。

アミロイド研究のツールとしてのO-アシルイソペプチド法を用いて、Islet Amyloid Polypeptide、βアミロイドペプチドのE22Δ型変異体を合成し、クリックペプチドの有用性を立証した。本研究では分子認識を基盤とした難病治療薬の開発を目的とし、基質遷移状態概念に基づいたプロテアーゼ阻害剤の創製、クリックペプチドを用いたアルツハイマー病の発症メカニズムの解析および治療薬創製への応用、さらにタンパク質構造に隠された新しい生理活性ペプチド、「クリプタイド」の同定とその情報伝達機構の解明、ならびにそれに基づいた新しい治療薬の創製研究を行なった。特に、我々の開発したアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア発症に重要な役割を果たすプラスメプシン類,アルツハイマー病に関与しているアミロイドβペプチドを生成するβセクレターゼ,成人T細胞白血病発症に重要なHTLV-1プロテアーゼに応用して,マラリア,アルツハイマー病,白血病のような難病克服を目指した分子認識に基づく治療薬のデザイン・合成と構造最適化・プロドラッグ等の医薬化学研究を行った。アルツハイマー病治療薬を目指したBACE1阻害剤研究においては、基質の構造を変換して阻害剤デザインを行った。特にBACE1のArg235と基質並びに阻害剤のP2部位の相互作用に着目してペプチドがた阻害剤を見出した。この低Kcatが基質を阻害剤に変える可能性の新しい概念は注目されている。アルツハイマー病研究ツールとしてのベータアミロイドペプチドの新しい合成法を開発し、クリックペプチド概念を確立したた。特に、Abeta11-42, [Pyr-11]Abeta11-42は低溶解性で凝集性が高く、実験が困難なため、我々はイソペプチド法に基づくクリックペプチドを使用して、解析に成功した。このように、これまで困難であった凝集性、細胞毒性の解析に成功したことは、アルツハイマー病研究ツールとしてクリックペプチド概念の有用性を示した。我々の開発した阻害剤デザインの方法論を用いて合成した阻害剤が高い活性を示した。特にマラリヤ治療薬をめざした阻害剤の結晶構造解析研究で優れた結果が得られたので、アメリカ化学会の雑誌Biochemistryの表紙絵に採用された。また、アルツハイマー病治療薬をめざした。BACE1阻害剤研究において、基質をもとにした方法論で優れた結果を得たので、ACS Med. Chem Lett.の表紙絵に採用された。24年度が最終年度であるため、記入しない。阻害剤研究は順調に進んでいるので、さらに分子設計を進めて、治療薬開発をめざす。また、我々の開発したクリックペプチドの方法論を、様々な難溶性ペプチドの合成に応用して、研究ツールの開発を進める24年度が最終年度であるため、記入しない。
アポトーシスを誘導する新規免疫調節物質の分子生物学的免疫抑制機序の解析

分子生物学的手法を用いてFTY720のアポトーシス誘導機序の解析を行った。アポトーシスのシグナル伝達経路の中で最も重要な以下の3つの経路について解析を行った。1)細周期関連タンパクの活性動態に対する作用機序:FTYアポトーシスの進行に伴う細胞周期関連タンパク質の経時的活性変動を解析した。FTY720(10μM)をWR19L細胞(WR)に作用させ、経時的に回収し、関連タンパク質のmonoclonal抗体を用いてECL-Western-blottingを行った。細胞をS期に導入するE2Fの活性には変化を認めなかったが、pRbの脱リン酸化とDP-1の活性低下が認められた。一方、細胞周期制御因子(cdk-kinase)には変動を認めなかった。3)細胞骨格系に対する作用機序:FTY-apoptosisの細胞骨格系の変化としてActin-filamentの重合、脱分極とCaspases-経路との関連をFITC-phalloidinとHOECHST-33342の2重染色で解析した。FTY作用後、数分でblebbingが発生し、Actin-filamentの不連続重合を伴う核DNAの分断化が4時間以内に認められた。caspase inhibitorのDEVD-FMKを作用させると、不連続重合の解除と続いて核DNA分断化の正常化がみとめられた。以上より、FTY-apoputosisのシグナルはcaspasesを経由する経路と経由しない経路の2つのpathwaysを介してアポトーシスが完成すると考えられた。
卵細胞質抽出系を用いた体細胞のリプログラミング誘導

前年度までに、アフリカツメガエルの卵母細胞抽出液が、哺乳動物(ウシ、マウスおよびブタ)の体細胞をリプログラミング誘導することが可能であることを示した。しかし、誘導されたリプログラミングは、体細胞に特異的な遺伝子発現が消失し、多能性マーカー遺伝子およびタンパク質の発現が見られるように体細胞としての性質は大きく変化するが、その発現量などは低く、カエル卵細胞質の哺乳動物体細胞に対するリプログラミング誘導能は低いと考えられた。一方、哺乳動物の体細胞クローン技術においては、リプログラミングは同種の体細胞にのみ誘導されることから、本年度は、ブタの卵細胞を用いて、無細胞抽出系の確立を目指すとともに、リブログラミングの誘導能をカエル卵抽出系と比較した。ブタの卵母細胞由来の卵抽出液は、ブタの体細胞に対してリプログラミングを誘導しうることが明らかとなった。さらに、同じ卵母細胞でも、卵核胞期卵母細胞と成熟卵母細胞ではリプログラミング能が異なり、前者は多能性細胞へのリプログラミングを、後者では体細胞に特異的な転写活性の抑制と脱アセチル化が誘導されることがわかった。さらに、このリプログラミングは、ブタのみならず、マウスやウシにおいても同様のリプログラミングが誘導可能なことが知られた。しかし、依然として、多能性マーカー遺伝子の発現を指標にしたリプログラミング誘導能は低いことから、脱アセチル化酵素阻害剤であるバルプロ酸により、卵細胞抽出液処理前に体細胞を処理すると、体細胞のヒストンアセチル化、多能性マーカー遺伝子の発現量、多能性細胞様のコロニー形成能のいずれにおいても、従来の抽出液処理より増加し、よりリプログラミングの効率性が高まったと考えられた。しかし、依然として、マウスES細胞などの遺伝子発現プロフィールとは大きな隔たりがあることから、本実験系で誘導されているリプログラミングの詳細な検討が必要であると考えられた。アフリカツメガエル卵子を用いた無細胞抽出系では、抽出液中のリプログラミング因子を体細胞内に取り込ませるために、細胞膜透過にストレプトリシンOを用いて行われてきた。しかし、この製剤は安定性が悪く、実験ごとにデータがばらつきがある難点があり、細胞膜透過を安定的に誘導できる薬剤が求められていた。そこで、本実験では、界面活性剤であるジギトニンを用いて、ウシ、マウス、ブタの体細胞の細胞膜透過を行い、アフリカツメガエル卵子の卵抽出液中のタンパク質成分の哺乳動物体細胞核への移行について検討した。さらに、膜透過後にCaイオン存在下での膜修復を試み、修復後の細胞を体外培養を行って、培養細胞内での未分化マーカーなどの発現を指標に、卵子抽出液のリプログラミング誘導活性について検討した。その結果、体細胞に対するジギトニン処理によって、可逆的に体細胞の膜修復が可能であることが明らかとなった。また、哺乳動物細胞中には存在しないヒストンH4やラミンLIIIが細胞核内に取り込まれることを明らかにし、本処理によって、カエル卵抽出液中に特異的に存在する核タンパク質が哺乳動物閣内に移行できることを明らかにした。さらに、抽出液処理後の細胞を膜修復後に体外で培養することによって、多くの未分化細胞様のコロニーが出現し、OCT-4,SOX2やNANOGなどの未分化細胞に特異的に発現するマーカー遺伝子の発現上昇がみられたことから、ジギトニン処理によって膜透過した哺乳動物の体細胞は、カエルの卵抽出液で処理することによってリプログラミングを誘導できることが示唆された。
フォトニック結晶における輻射場と物質の新しい相互作用の研究

鉛ガラスファイバーを用いて、格子定数が1μm程度の2次元フォトニック結晶を世界で初めて作製した。鉛ガラス中にエアロッドが規則的に配列した、この格子が2次元面内でH偏光に対して共通なフォトニックバンドギャップを有する事実、並びに外部の平面は電磁波と結合できない非結合モードの存在を実験、理論両面から解明した。さらに、03次までのブラッグ反射の相対強度が入射波長により著しく変化する事実を見い出し、フォトニックバンド特性が、このスペクトルにも反映することを明らかにした。次に、シリコンなどの半導体を用いた遠赤外領域でのシュミレーション実験を実施し、光の波長領域で全方位に亘ってフォトニックバンドギャップを有し、かつ最新の半導体微細加工技術で作製が可能な構造、すなわち単純立方格子構造を見い出した。次に、2次元フォトニック格子の特性を反映した、外部ミラーなしの新しいレーザー作用を見い出し、その特性並びにレーザー機構を解明した。すなわち、上記の2次元格子のエアロッドを色素溶液で満たし,YAGレーザーのSHGパルスで光励起することにより、二つの特定波長で2次元面でレーザー発振が生ずることを見い出した。一つの波長は、自然放出光スペクトルのピーク波長近傍、もう一つはそれより長波長の特定波長で生じ,等価な長さをもつセル場合に比べて、いずれもしきい値パワーは低い。前者はQ値の高い非結合モード、後者は群速度が遅いモードに対応し、それぞれフォトニック結晶特有のモード効果に起因する新しいレーザー機構であることを明らかにした。上記とは別に、多くの理論的成果を挙げた。すなわち、2次元、3次元フォトニック格子における各バンドの対称性の決定、非結合モードの同定、グリーン関数による光学応答の一般論の構築、非線形光学現象の増強効果、局在モードの新しい導出方法、等々である。新たに格子定数が0.88μmの2次元エアロッド格子を製作し、透過率の測定によりそのフォトンモード特性を、1.17μm、1.02μmの格子と比較し、フォトニックバンドギャップがさらに高エネルギー側に移動することを明らかにした。上記の2次元フォトニック結晶に垂直に光を入射させた際に生ずる0次n次のブラッグ反射強度の入射波長、偏光、並びに方向依存性を可視光領域から近赤外域の波長範囲に亘って測定した。入射波長によって0次より1次、1次より2次・・・の相対強度が強くなる現象を見い出し、関与するフォトンバンドの対称性、ブロッホ関数の構成成分から理論的に説明できることがわかった。その結果、ブラッグ反射に関するこの特異な現象が、フォトニック結晶のフォトンモードの一つの特性であることが明らかになった。次に、フォトニック結晶の輻射場と原子・分子との相互作用に関する、世界で初めての実験を行った。すなわち、ごく微量の色素分子を導入し、アルゴンレーザーで励起した際に色素から生ずる発光特性を、自由空間の輻射場の場合と比較した。その結果、2次元面内でバンドギャップに対応した周波数領域で発光が抑制されることがわかった。しかしながら、バンド端での状態密度の増加に伴う発光の増強効果は観測されなかった。おそらく、本質的に3次元系であるためと思われる。さらに、バンド端周波数における群速度測定の予備実験にも着手している。一方、最新の半導体蒸着、加工技術による3次元系のフォトニック結晶の作成準備を行った。目標とする単純立方格子の作成を目指して、設計条件を把握するためにスケーリング則を利用してサブミリ波領域の3次元格子を超音波加工技術により試作した。すなわち、格子定数が1.3mm、0.5mmで空気の占有率が0.8の3次元単純格子を、それぞれゲルマニウムとシリコンを材料にして作成し、現在、サブミリ波領域で透過率の予備実験に着手した。この結果を基に、光の領域での結晶作成に着手する。

物質からの自然放出の抑制をはじめ、輻射場を一般的に制御するためには、光の波長領域にフォトニックバンドギャップを有する3次元のフォトニック結晶の開発が不可欠である。開発のためのシュミレーション研究として、格子定数がサブミリメートルの単純立方晶の試料をシリコンで作成し、その透過率スペクトルを測定し、有限要素法で計算したスペクトルと比較した。その結果、互に90°でクロスしたエアホール柱からなる、この単純立方晶でバンドギャップが生ずることが判明した。この事実から、この構造が最も作成が容易な光領域の3次元結晶であるとの結論を得た。最新の半導体蒸着・微細加工技術を用いて作成する予定である。理論的には、3次元結晶のフォトニックバンド構造、各バンドの対称性を明らかにした。一方、2次元フォトニック格子の特性を反映したレーザー発振をはじめて観測した。既有の2次元格子のエアホールを色素溶液で満たし、ナノ秒光パルスで励起することにより、共振器なしで2次元面内でレーザー作用がおこることを見い出した。弱励起の場合には、色素からのスムーズな自然放出光スペクトルが得られるのに対し、励起を強くすると、ピーク波長とは異なった波長位置で幅の狭いスペクトルが成長する。この波長位置は、計算したフォトニックバンド構造の群速度の遅いバンド周波数に対しているため、状態密度の高いフォトンモード(Q値が高い)がレーザー発振していると考えられる。現在詳細に調べている。次に、バンドギャップ端で状態密度が高くなることを利用して、非線形光学現象の発生効率が増大することを理論的に明らかにした。検証実験を準備中である。2次元フォトニック格子を用いた新しいレーザー作用の特性を詳細に調べ、その発生機能の解明を行った。すなわち、試料のエアロッドを色素溶液で満たしナノ秒光パルスで励起することにより、外部共振器なしで、しかも低いしきい値で2次元面でレーザー作用が生ずる。弱励起の場合のスムーズな発光スペクトルが、励起を強くすると(a)ピーク波長、および(b)それより長波長の特定波長の2つの位置で同時に幅の狭いスペクトルが成長する。この先鋭化と共に発光の時間減衰も誘導放出の関与のため速くなる。色素の種類、濃度、フォトニック格子の格子定数、サイズ、等を変えてその特性を詳細に調べた。また、この系のフォトニックバンド構造を計算し、実験事実との対応関係を調べた。その結果、(a)と(b)のレーザー発振機構は、それぞれ(a)フォトニック格子特有のQ値の高い非結合モード、および(b)特定の波長における群速度が遅い効果、によるものであることを明らかにした。次に、シリコンを用いて0.4mm程度の格子定数をもつ3次元単純立方格子を作製し、その透過率特性をテラヘルツ分光、およびフーリエ分光で独立に測定し、透過率およびバンド構造の計算結果と比較した。今回の試料は、昨年度のものをさらに改良したものである。その結果、この単純な構造でも全方位に完全なバンドギャップが開くことを明らかにした。光の領域におけるフォトニック結晶作製の道を拓くものであり、大きな成果である。