hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポスト注意における視覚表象に関する認知心理学的研究

情景記憶研究において、一度視覚的注意を向けられた情景内のオブジェクトの視覚表象(ポスト注意の視覚表象)は長期的に記憶に保持されると言われている。さらにそのオブジェクトの視覚表象は、その周辺情報と結合して保持されており、それゆえ情景内のオブジェクトの記憶課題において、情景文脈が想起手がかりとして有効であることも報告されている。しかしこの仮説は、典型的な情景記憶課題を用いた研究に基づいている。そのため、情景内のオブジェクトのポスト注意における視覚表象が、常に情景文脈と結合して保持されているのか、意図的に多くの情報を記憶しなければならない記憶課題においてのみ文脈と結合して保持されているのかは明らかではない。そこで、一度に多くの視覚表象を保持しなければ課題を遂行できないワンショット変化検出課題と、多くの視覚表象の保持が必要ではないと考えられるフリッカー変化検出課題において、保持された視覚表象が情景文脈と結合しているか否かを検討した。実験結果から、ポスト注意における情景内のオブジェクトの視覚表象は、常に情景文脈と結合して保持されているわけではないと考えられる。一般的な情景記憶課題においては、一度の大量の情報を記憶しなければならないため、いろいろな情報を結合させて覚えた方が効率的である。それが情景と物体の表象の結合につながっていると考えられる。この研究から、ポスト注意の視覚表象も、注意を向けた時の条件によって異なる性質を持つことが示された。情景知覚において、ポスト注意段階(注意から解放された段階)における表象がどのように形成されるかについては、視覚的注意に基づく理論、記憶に基づく理論において異なる説明がなされている。前者においては、ポスト注意段階の表象は脆弱であり、後者においては、頑健な表象が記憶に保持されていると主張されている。これらの主張は、一見排他的のように考えられてきた。本研究では、その矛盾が、互いの理論が基盤としている実験課題の違い(前者は、情景中で起こっている変化を明示的に同定させる一方で、後者は、再認課題に答えさせるという課題を行っている)に由来するのではないかという仮説を立て、それを検証した。具体的には、注意の理論が基盤としているフリッカー変化検出課題(一部の異なる情景画像を交互にブランク時間を挟んで呈示し、変化を検出させる課題)に、記憶の理論が基盤としている記憶課題を付加した実験を行い、フリッカー変化検出課題におけるポスト注意の表象について検討を行った。その結果、フリッカー変化検出課題においても、ポスト注意の表象は保持され続けるということが明らかになった。しかしながら、その表象は、情景中に起こる変化の明示的な同定にはほとんど役に立たず、再認課題には答えられる程度の強度を持っているということも明らかになった。よって、注意の理論が主張している表象は、情景中に起こる変化を明示的に同定することができるものである一方、記憶の理論が主張している表象は、記憶テストを行われればそれに答えられる程度のものであるということが示唆された。すなわち、互いに矛盾すると考えられている二つの理論による説明は、それぞれ表象の異なる側面を説明しており、両立可能であるということが示された。
医療経済研究者養成向けの教育ツールの開発とその応用に関する研究

1.医療経済に関する洋書の翻訳:2019年3月、英国の出版社(Oxford University Press)より翻訳許可を取得、2019年4月より翻訳会社による初期翻訳を開始、荒訳原稿を2019年7月に入手する予定。2.医療経済研究の実践-ベイズ統計法を用いたがん治療におけるコンパニオン診断の費用対効果に関する研究:費用対効果評価の予備検討として、「コンパニオン診断による白金系抗悪性腫瘍剤感受性再発卵巣がん患者のPARP阻害剤オラパリブの薬剤経済評価」と題した検討を行った。初期解析結果として、コンパニオン診断による白金系抗悪性腫瘍剤感受性再発卵巣がん患者のPARP阻害剤オラパリブは既存の治療に比べて費用対効果に優れた結果が得られた。その結果を2019年日本癌治療学会学術集会(第57回:2019年10月24-26日、福岡県開催)に演題登録を行った。なお、演題登録した抄録(抜粋)は下記のとおりである。1.医療経済に関する洋書の翻訳:2019年3月、英国の出版社より翻訳許可を取得、2019年4月より翻訳会社による初期翻訳を開始、荒訳原稿を2019年7月に入手する予定。3.教育効果の評価:上述洋書の翻訳の進捗に合わせて、2019年度内に実施予定である。4.e-learningシステムの開発:上述洋書の翻訳の進捗に合わせて、2019年度内に実施予定である。そして、荒訳原稿を研究者間でチェックすることで、2019年度内には翻訳が完了する予定である。2.医療経済研究の実践-ベイズ統計法を用いたがん治療におけるコンパニオン診断の費用対効果に関する研究:費用対効果評価の予備検討として、「コンパニオン診断による白金系抗悪性腫瘍剤感受性再発卵巣がん患者のPARP阻害剤オラパリブの薬剤経済評価」と題した検討にちうては、初期解析結果を2019年日本癌治療学会学術集会(第57回:2019年10月24-26日、福岡県開催)にては発表する予定である。さらに他の疾患領域に広げて同様の検討を行うことで最適な、そして精度の高い分析方法の確立を目指していきたい。

2.医療経済研究の実践-ベイズ統計法を用いたがん治療におけるコンパニオン診断の費用対効果に関する研究:費用対効果評価の予備検討として、「コンパニオン診断による白金系抗悪性腫瘍剤感受性再発卵巣がん患者のPARP阻害剤オラパリブの薬剤経済評価」と題した検討にちうては、初期解析結果を2019年日本癌治療学会学術集会(第57回:2019年10月24-26日、福岡県開催)にては発表する予定である。さらに他の疾患領域に広げて同様の検討を行うことで最適な、そして精度の高い分析方法の確立を目指していきたい。3.教育効果の評価:上述洋書の翻訳の進捗に合わせて、2019年度内に実施予定である。4.e-learningシステムの開発:上述洋書の翻訳の進捗に合わせて、2019年度内に実施予定である。2019年度中に英国出版社(Oxford University Press)発刊の医療経済分析の実践に関する洋書の翻訳費用を支出する必要があるため、次年度使用額が生じた。
金属中の微小欠陥の構造と動的挙動

原子炉および核融合炉材料の正確な寿命予測および新規開発のためには、照射による劣化過程をそれぞれの要素に立ち返って理解する必要がある。本課題では、透過型電子顕微鏡(TEM)その場観察法を用いて、高エネルギー粒子照射によって金属中に形成される微小欠陥の動的挙動に関する新たな知見を得ることを目的とし、(1)転位ループの一次元移動過程、(2)転位ループの衝突過程、および(3)点欠陥の移動の活性化エネルギー、に関する研究を行った。原子炉・核融合炉材料の寿命予測および新規開発のためには、照射損傷の要素過程を原子レベルあるいはナノレベルから理解する必要がある。本研究では、透過型電子顕微鏡(TEM)その場観察法によって、高エネルギー粒子照射によって金属中に形成される微小欠陥の微細構造および動的挙動に関する新たな知見を得ることを目的とする。研究代表者によるこれまでの研究によって、BCC鉄中の格子間原子の集合体である転位ループは、無応力においても熱エネルギーによってそのバーガースベクトルの方向へ一次元の拡散を行い得ることが明らかにされている(Arakawa et al., Science,318(2007)956.)。本年度は、完全転位ループの本来の移動の活性化エネルギーEを評価することを具体的な課題とした。特に低温では、転位ループは試料中に分散した静的な溶質原子や不純物原子にトラップされ、極めて稀にしか移動を示さない。例えば、純度99.998%のBCC鉄では、熱的なデトラップが起こり得る温度(100K程度)では、一旦デトラップされた転位ループの動きは極めて速く、TEMに備えられたTVカメラ(時間分解能1/60s)では、補足することが不可能であり、拡散係数の温度依存性から髄求めることは困難であった。そこで、温度に関わりなくデトラップを起こし得る系を設定し、デトラップされた転位ループの移動が起こり得る最低温度を見つけることで、Eの値を評価することとした。試料として、純度99.9999%のタングステンを選んだ。非熱的なデトラップは、高エネルギーの電子照射によって起こした。結果として、使用したTEM内で到達し得る最低温度16Kにおいても転位ループの移動が観察された。このことは、Eの値が少なくとも0.1eV以下であることを示す。次年度以降、電子照射による非熱的なデトラップの過程の詳細を調べる予定である。原子炉・核融合炉材料の寿命予測および新規開発のためには、照射損傷の要素過程である格子欠陥の挙動を正しく理解する必要がある。これまでに、本研究代表者らによって、金属中のナノメートル・サイズの転位ループは、熱エネルギーによって、そのバーガースベクトルの方向へ一次元すべり拡散を行うことが明らかにされている(K.Arakawa et al., Science 318 (2007) 956-959)。本年度は、二つの転位ループ同士の一次元すべり拡散による衝突と合体の過程を超高圧電子顕微鏡および汎用の透過型電子顕微鏡を併用して直接調べた。試料には高純度鉄を用いた。まず超高圧電子顕微鏡内での電子照射により、薄膜試料へ転位ループを導入した。この試料を汎用電子顕微鏡へ移し、加熱下での転位ループの挙動を観察・記録した。転位反応に関する従来の描像では、異なるバーガースベクトルb_Aおよびb_Bを持つ二つの転位同士が衝突すれば、b_J=b_A+b_Bなるバーガースベクトルb_Jを持つ転位ジャンクションが形成され、そこで反応は終了するとされてきた。これに対し、本研究では、ナノメートルサイズの微小な転位ループにおいては、ジャンクションの形成後も更に反応が進行し、小さい方の転位ループの面内をジャンクションが伝播してしまうことによって、最終的には、より大きい転位ループがより小さい転位ループを吸収してしまうことが明らかにされた。また、この反応は、転位ループ複合体の弾性論に基づくエネルギー計算によっても理解された。本研究で得られた知見は、特に、欠陥同士の相互作用が無視できない高照射量条件における、照射下微細組織発達過程を理解する上でのキーの一つになると考えられる。これまでに、本研究代表者らによる透過型電子顕微鏡を用いた研究によって、金属中のナノメートル・サイズの転位ループの挙動に関する新たな知見が明らかにされている(たとえば、K.Arakawa et al., Science 318 (2007) 956-959等)。本年度は、電子顕微鏡では直接追跡することが極めて困難な点欠陥の挙動を転位ループの形成過程から抽出することを試みた。試料には純度99.9999%の高純度タングステンを用いた。超高圧電子顕微鏡内2MeV電子照射および照射によって導入される微細組織の観察を16291Kの温度範囲にわたっておこなった。その結果、いずれの照射温度でも転位ループと思われる微小な点欠陥集合体が形成された。

比較的大きな転位ループに対しては、インサイド・アウトサイド法によって、格子間原子型であると判定できた。インサイド・アウトサイド法が適用できないような極めて小さな転位ループについては、熱処理に対する転位ループサイズの応答からやはり格子間原子型であると決定できた。形成される転位ループの飽和数密度は、照射温度に対して減少した。この減少の仕方は滑らかではなく、複数のステージから成っていた。これらのステージは、最も低温のものを除いては、不純物の存在によって現れるものである。本実験で用いたような高純度試料においても、点欠陥集合過程において不純物が極めて重要な役割を果たすことは特筆に値する。不純物の最も低温側に現れるステージの温度域から、自己格子間原子の移動の活性化エネルギーは、0.096eV以下であると評価できた。この値は、最近の理論計算によって導かれている極めて小さな値と符合するものである。本実験の拡張により、移動の活性化エネルギーに留まらない点欠陥の新たな知見を獲得できる見込みが現在得られつつある。
息づかいのウェアラブル計測によるストレス被爆量の推定

日常生活を通しわれわれは多くのストレスを受けており、日常生活におけるストレスの計測・管理技術の実現が期待されている。そこで、本研究ではストレスに対する代表的な生理反応である心拍数と呼吸数を同時かつ簡易に計測できる計測装置の開発と急性ストレスに対する生理反応である心臓血管反応と唾液中コルチゾール反応の解析を目指した。そして、心臓や肺、消化器などの各器官や筋肉の活動によって発せられる音、すなわち、体内音に着目し、聴診器と小型マイクを組み合わせたウェアラブル体内音センサを開発した。さらに、頸部体内音に対してウェーブレット変換による時間周波数解析を行うことで、拍動由来の信号と呼吸由来の信号を抽出し、心拍数および呼吸数の同時計測手法を開発した。また、連続減算課題と鏡映描写課題を与えたときの心臓血管反応、唾液中コルチゾール反応を計測し、心拍数や収縮期血圧、拡張期血圧、平均血圧が急性ストレスによって有意に上昇することを確認した。本研究では、日常生活下でのストレス計測技術の開発を目的とし、ストレス反応のウェアラブル計測技術、ストレス場面と個人反応特性の類型化、ストレス検知システムの構築を目指している。本年度は被験者実験に先行し、以下の3点を重点化し研究を進めた。1.体内音による心的負荷計測装置の開発:心拍数と呼吸活動の同時計測が可能な簡易型計測装置を試作した。試作機を頸部に装着し、心臓と呼吸活動に起因する活動音の収録を行った。また、本試作機の評価実験として、心電・呼吸波形との同時計測を行った。その結果、21.5[Hz]の周波数成分に、1回の心周期に2回のピークが確認でき心電図のR波、T波とほぼ一致した。呼吸波形については、吸気時に十分な信号強度は得られなかったが、呼気時の波形状および呼吸数はリファレンス計測結果と一致し、提案手法に基づく体内音による心拍・呼吸数の同時計測の有効性が確認できた。2.環境側センサおよび解析ソフトウェアの試作:(1)ストレス被曝の環境側要因を計測するため生活空間での行動記録装置を構築した。本装置はオフィス内に設置し、作業内容や会話を映像と音声で記録する。運用試験の結果、24時間以上の連続計測が可能である事を確認した。また、(2)収集した映像、音声、生理指標群の解析ソフトウェアを作成した。各データの可視化、セグメント化、インデックス付与の機能を作成した。3.新規ストレス指標開発:心的負荷の新規指標開発を目的とし、試作した簡易型センサと従来型センサを用い、心的負荷時の連続血圧・心電・呼吸動作の予備計測実験を行った。心的負荷時において、本研究で提案している特徴的な呼吸パターンや、それに伴う身体的負荷状態(全抹消血管抵抗値の増加による血圧上昇等)が計測された。今後、被験者実験により実証を進める。本年度は被験者実験に先行し、以下の3点に重点化し研究を進めた。1.統制環境下でのストレス反応計測実験:11名の被験者に対し、ストレス負荷時の生理反応の計測実験を実施した。実験では、5分間の暗算および鏡映描写のストレス負荷を与え、実験前15分実験後45分の心電図、呼吸波形、連続血圧および唾液中コルチゾール濃度を計測した。ストレスによる生理反応の変化を確認した。2.日常生活環境下でのストレス反応計測装置の開発:平成20年度に試作したウェアラブル体内音計測装置について、2chから8chへ機能拡張を行い、8地点の体内音を同時計測可能にした。1名の被験者に対し、安静時の頸部、胸部、腹部体内音を同時計測し、ウェーブレット変換による時間・周波数分析を行った。その結果、心拍・呼吸の計測には頸部が適しており、腹部で消化器音の計測が可能なことが確認できた。さらに、平成20年度に開発した頸部体内音による心拍数、呼吸数の計測手法について評価実験によってその有効性を確認した。3.日常生活環境下でのストレス反応計測実験:2名の被験者に対して、唾液中コルチゾール濃度の日内変動の計測実験を実施した。実験は平日と休日の各1日実施し、23時間間隔で唾液を収集した。分析の結果、コルチゾール濃度は起床後に最も高く、徐々に低下していく日内変動が確認された。また、休日よりも平日のコルチゾール濃度が高いことも分かった。

さらに、平成20年度に構築したものと同等の性能を有する日常行動記録装置を2台追加製作し、実験環境を整備した。今後、日常生活における行動と体内音、生理信号の同時計測実験を行い、日常的なストレス負荷時の反応のモデル化を進める。日常生活下でのストレス計測技術の開発を目的とし、ストレス反応のウェアラブル計測技術、ストレス場面と個人反応特性の類型化、ストレス検知システムの構築を目指した。本年度は以下の3点に重点化し研究を進めた。(1)統制環境下でのストレス反応計測・分析11名の被験者に対して実施したストレス負荷時の生理反応の計測実験について、唾液中内分泌反応として、コルチゾール、DHEA、DHEA-S濃度の分析を行い、刺激との関係を比較した。その結果、約64%の被験者において課題提示前よりも課題提示後のDHEA-S濃度が高くなった。さらに、そのときの心電図、呼吸波形、連続血圧と唾液中内分泌反応を比較した。(2)日常生活環境下でのストレス反応計測体内音計測装置をボイスレコーダーを組み合わせてウェアラブル化を進めた。そして、1名の被験者に対して、ウェアラブル体内音計測装置、心電・呼吸波形計測装置および日常行動記録装置を用い、日常生活環境下での被験者の生理反応および行動を計測した。体内音計測装置から心電・呼吸波形を抽出し、体内音計測による心電・呼吸の長期計測における評価を行った。(3)ウェアラブル計測技術の開発5名の被験者に対して体内音計測を行い、体内音計測装置による心電・呼吸計測の評価を行った。その結果、心拍および呼吸計測を行う計測部位として頸部が適当であることを明らかにした。また、心拍数・呼吸数が十分な計測精度で得られることを確認した。(1)(2)の成果と組み合わせにより、ウェアラブル計測装置によるストレス被曝量の推定技術が示唆された。
恒常的インテグリンβ7活性化シグナルを標的とした骨髄腫幹細胞排除法の開発

活性化の状態に関係なくインテグリンβ7に結合するFIB27(「標準抗体」)と活性化インテグリンβ7に特異的に結合するMMG49を用いて、MM.1S細胞を染色し、FACS解析すれば、totalのβ7の発現量と共に、活性化型β7の発現量を定量的に知ることができる。MM.1S細胞は全てMMG49/FIB27共陽性である。まず、Cas9を恒常的に発現するMM.1S骨髄腫細胞を樹立し、その後guide RNAレンチウィルスライブラリーを導入した。ライブラリーが導入されたMM.1S細胞をFACS解析した時に、MMG49抗体の結合が低下しているが、FIB27抗体の結合は変化していない細胞がインテグリンβ7の発現量は変化していないが不活性型立体構造に変化した細胞ということになる。そこで、この分画をセルソーターを用いてsortし、回収した細胞を増幅することを試みたが、その状態を維持したまま増殖しうる細胞は単離できなかった。そこで、骨髄腫細胞由来のcDNAライブラリーを活性化型β7の発現がないHut78細胞に導入し、その活性化を促進する分子を単離するというスクリーニングを新たに開始した。4つの候補分子を同定したが、それらの分子単独でインテグリンb7の活性化を誘導できるものではなかった。そこで我々はアプローチを変更し、Hut78細胞に様々なtreatmentを施し、インテグリンb7の活性化を惹き起こすものを探索することにした。その結果、骨髄腫細胞の大きな特徴である小胞体ストレスをツニカマイシンあるいはタプシガルギンで誘導してやることによりインテグリンb7の活性化が誘導されることを見出した。そのメカニズムを現在解明中である。当初予定した方法論では目的の分子には到達しなかったが、別の角度からkeyとなる現象をとらえることに成功した。Hut78細胞に小胞体ストレスをツニカマイシンあるいはタプシガルギンで誘導した際に、活性化および非活性化型インテグリンb7のリサイクリングに異常が起こるのではないかという仮説を立てており、その検証を行う。すでにいくつかの候補分子を同定し、現在validationを行っている。まだ候補となる分子は取れていないが、スクリーニングそのものはきちんと機能している活性化の状態に関係なくインテグリンβ7に結合するFIB27(「標準抗体」)と活性化インテグリンβ7に特異的に結合するMMG49を用いて、MM.1S細胞を染色し、FACS解析すれば、totalのβ7の発現量と共に、活性化型β7の発現量を定量的に知ることができる。

インテグリン活性化分子の候補を単離するべくスクリーニングを続ける、Hut78細胞に小胞体ストレスをツニカマイシンあるいはタプシガルギンで誘導した際に、活性化および非活性化型インテグリンb7のリサイクリングに異常が起こるのではないかという仮説を立てており、その検証を行う。
金属ナノ材料を対象とした共振疲労試験手法の開発と疲労損傷メカニズムの解明

ナノスケールの金属材料における疲労挙動を明らかにすることを目的として,共振疲労試験手法を開発した.1μm以下の金単結晶微小試験片に対して疲労試験を実施した結果,試験部表面に微細なすべり帯が発生した.このすべり帯の形成応力は150 MPa以上と見積もられ,バルク材における固執すべり帯の形成応力よりも6倍以上大きい.試験後の試験片の断面観察では,試験片表面近傍に約60 nmの幅の突き出し/入り込みが形成されていた.複数の試験片を用いて実験を行った結果,10μm以下の材料に発生する疲労損傷の様相は,バルク材の固執すべり帯と類似しているが,形成応力や形成寸法に寸法効果が存在することを明らかにした.[1]試験装置設計および作製:積層型ピエゾアクチュエータ,レーザードップラー変位計およびファンクションジェネレータによって構成されるナノ試験片用共振疲労試験システムを開発した.[2]試験片の力学形状設計および作製:ナノ・マイクロ材料の共振周波数は数GHzを超えることから,例えば1000万回の繰り返し数は0.01秒以下で達成されてしまう.この場合,繰り返し数の制御が困難であり,極めて高いひずみ速度が機械特性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった.そこで,ナノ試験片の先端に巨大な錘を搭載することで,数十kHまで共振周波数を低下させることに成功した.試験片の作製に用いる集束イオンビーム(Focused Ion Beam: FIB)によって導入される表面加工層の影響を調べた結果,試験片表面ですべり変形が強く阻害されることが明らかとなった.そこで,実際に用いる試験片については,低エネルギーアルゴンミリング装置を用いてFIBによる表面加工層を除去して試験に供した.[3]共振疲労試験の実施と疲労強度評価:開発した試験装置および先端に錘を具備した金(Au)単結晶試験片を用いて,繰り返し変形試験を実施した.その結果,繰り返し変形によって試験片の表面にナノレベルのすべり帯(突き出し/入り込み)が形成され,その形成応力はバルク材のそれの数倍であることを明らかにした.また,試験の際,すべり帯の形成に伴って,共振周波数と変位振幅の低減がおこる.この現象を利用することで,試験片への疲労損傷の発生を試験途中に検知することができることがわかった.[1]前年度作製したものと同じ結晶方位且つ寸法の異なる金単結晶試験片を複数本作製し、変位振幅一定の共振疲労試験を実施した。試験部に生じる応力値は、実験で得られる変位振幅をもとに力学解析を用いて算出した。疲労試験後の試験部表面にはナノレベルの微細な突き出し/入り込みが発生しており、その幅は、試験片寸法に比例して減少することを明らかにした。また、その形成のための応力振幅も寸法依存性を有しており、試験片寸法の減少とともに上昇することを示した。さらに別途、試験片に対する引張試験を行い、降伏強度を得た。引張試験で得られた降伏応力と疲労試験で疲労損傷(突き出し/入り込み)が形成される応力振幅はほぼ一致したことから、降伏応力と形成応力が大きく異なるマクロ材での突き出し/入り込みとは異なる形成メカニズムを有することを明らかにした。[2]銅ナノ多結晶薄膜が高剛性材料(シリコンと窒化ケイ素)に拘束されたナノ試験片を作製し、共振疲労試験を行った。別途切り出した金製の錘を試験片先端に取り付けることで、試験片の共振周波数の低減を行った。ナノ多結晶の微視的情報(結晶粒形状および結晶方位)を考慮に入れた力学解析を実施し、突き出し/入り込みの形成はナノレベルの局所応力場に支配されていることを明らかにした。また、突き出し/入り込みが異材界面に衝突することによって疲労き裂を形成する現象を示した。[3]共振疲労試験における問題点を抽出し、引張・圧縮疲労試験手法を開発して走査型電子顕微鏡内にて実験を行った。突き出し/入り込みのできる様子のその場観察およびそれに対応した荷重ー変位曲線の取得に成功した。ナノスケールの金属材料における疲労挙動を明らかにすることを目的として,共振疲労試験手法を開発した.1μm以下の金単結晶微小試験片に対して疲労試験を実施した結果,試験部表面に微細なすべり帯が発生した.このすべり帯の形成応力は150 MPa以上と見積もられ,バルク材における固執すべり帯の形成応力よりも6倍以上大きい.試験後の試験片の断面観察では,試験片表面近傍に約60 nmの幅の突き出し/入り込みが形成されていた.複数の試験片を用いて実験を行った結果,10μm以下の材料に発生する疲労損傷の様相は,バルク材の固執すべり帯と類似しているが,形成応力や形成寸法に寸法効果が存在することを明らかにした.H26の研究計画は,1.共振疲労試験システムの構築,2.共振疲労試験の実施,および,3.得られた実験結果に対する詳細な観察と考察の実施,である.試験片の設計および作製は当初の予定通り進行した.ナノ試験片の形状設計により疲労試験に必要な変位振幅を共振で生じさせることができた.また,片持ち梁試験片の先端に錘をつけることで試験片の共振周波数を低下させ,断熱変形を生じない範囲での繰り返し変形試験の実現に成功した.

単一すべり方位を有するナノサイズのAu単結晶試験片を用いて繰り返し負荷試験を実施し,寸法および形成応力がバルク材のそれとは大きく異なる固執すべり帯が形成されることを発見した.次年度実施予定の多結晶への疲労試験も実施し,疲労損傷を支配する力学因子を明らかにした.当初の計画通り,研究は順調に進展しており,有益な結果を得ることに成功した.H27年度は,当初計画の実施に加えて,ナノ・マイクロ材料の疲労研究に関する今後の発展に寄与するために,共振疲労試験手法の欠点を補う引張圧縮試験手法の開発を試みる.微小材料強度学,金属結晶学[1]疲労強度データの取得、疲労メカニズムの解明:平成26年度に作製したものと同じ形状・結晶方位を有する試験片を複数本作製し,異なる変位振幅を用いて変位振幅一定の共振疲労試験を実施する.変位振幅の異なる複数の試験片の実験結果を用いてS-N曲線を作成し,マクロ材で得られているS-N関係との比較により,微小構造体の疲労強度およびその傾向について議論する.さらに,結晶方位が異なる試験片を作製し,その疲労強度評価を実施する.マクロ材の場合,活動する二次すべり系の相違によって疲労挙動が大きく変化することが示されており,微小構造体においても同様の傾向が存在するかどうかを検討する.得られた結果をもとに,結晶学的・力学的考察を実施して疲労メカニズムを明らかにする。[2]引張・圧縮試験手法の開発:H26の研究において,ナノ金属材料に特有の疲労現象が存在することを見いだした.一方,一般的な疲労試験に比べると高いひずみ速度や応力勾配の影響等,共振疲労試験に関する短所を特定することができた.そこでより一層の研究の深化を考え,ナノ金属材料に対する引張・圧縮試験手法の開発を試みる.H26年度については,当初,試験片に大きな振幅を付与できる積層型ピエゾアクチュエータの購入計画していた.しかし,試験片形状の適切な設計を行うことにより,現有のアクチュエータで共振疲労試験を実施することに成功した.この実験により,当初の予想を上回るナノ材料特有の疲労損傷挙動を明らかにすることに成功した.積層型ピエゾアクチュエータの購入により,よりひずみ範囲の大きい疲労試験も可能であったが,実験遂行中に共振疲労試験手法が有する短所(曲げ変形の影響等)を明確に特定することができた.より精度が高く対象範囲の広い研究成果を創出するためには,共振疲労試験手法の短所を解消した引張圧縮試験装置の開発が不可避であると考えた.そこで,H26年度は引張圧縮試験手法のアイデアの創出と装置設計に費やし,研究費を次年度に繰り越してその達成に必要な物品を購入することとした.H26年度に設計した引張圧縮負荷装置の実現に必要な真空用ロードセル(微小負荷用)およびピエゾコントローラー一式を購入する.
フラストレーションとランダムネスにより誘起される新奇量子多体状態の探索と特性解明

スピン間相互作用が競合(フラストレート)した二次元ランダム量子スピン系における新奇量子無秩序状態について研究する。実空間繰り込み群アルゴリズムに量子情報論的概念を援用した改良を施すことで、この系の高精度解析を可能とする数値計算手法を確立する。そして、その手法を用いて、この系を数値的に調べることで、新奇量子無秩序状態の特性を明らかにし、その状態の物理的描像、および、状態を記述する低エネルギー有効理論を確立する。
ボタン・シャクヤクの品種分類および種間雑種の作出

1.ボタンの多様な育種目標に必要な基礎資料を得るために花および茎葉の形態的特徴を用いて主成分分析及びクラスター分析を行った。その結果第1主成分は花茎長や葉長と相関が高かった。クラスター分析の結果6品種群に分かれた。花大臣と鎌田藤の交配種である群芽殿は、それらの2品種と同じ群に属した。同様に花競の実生である八束獅子は花競と同じ群に属した。種間雑種である金閣などの黄色品種は明らかに他の品種群と区別された。中国育生の明治の誉は他の日本品種と区別できた。2.12月下旬および上旬のボタンの切花生産が試みられた。大きな肥大根をもつ4年生株は2年生株より収穫本数が増した。12月上旬の開花は、寒ボタンを短期冷蔵促成することで可能となった。3.ボタンとシャクヤクの花の色素を分析したところ、ペオニジン3グルコシド、ペオニジン3,5グルコシド、シアニジン3グルコシド、シアニジン3,5グルコシド、ペラルゴニジン3グルコシド、ペラルゴニジン3,5グルコシドの6種類が同定できた。色の濃い品種は種類も多かった。また、フラボンとフラボノールの分析を行ったところシャクヤクではパターンの違いによる品種分類が可能であった。4.ボタンの萌芽を調べたところ日本種では5月1日5日に集中しており、中国種では4月下旬に萌芽した。5.ボタンの花粉の発芽適温について調べたところ15°Cがもっともよく。15°Cや10°Cでは低かった。中国種と日本種では大きな差はなかった。6.ボタンとシャクヤクの交配を3年間行ったが、種子はまったく得られず両者の間には遺伝的差異が見られた。ボタンの多様な育種目標に必要な基礎資料を得るために、花および茎葉の形態的特徴を用いた主成分分析及びクラスター分析を行った。1.主成分分析の結果、第1主成分は花茎長や葉長等と相関が高かった。第2主成分は葉数や腋芽数等と相関が高かった。第3主成分は、花蕾の大きさ等と相関が高かった。各品種の主成分スコアを用いた平面座標上で、各品種は分散し、種間雑種である金閣などの黄色品種は明らかに他の品種群と区別された。またそれらを区別している主な形態的特徴は花茎長、花首の長さや葉の大きさ、花弁数などであった。2.クラスター分析では6品種群に分けることができた。花大臣と鎌田藤の交配種である群芳殿はそれら2品種と同じ群に属した。中国育成の明治の誉は他の日本品種と明らかに区別できた。種間交雑である金閣などの品種は他の品種と異なる群に属した。3.主成分分析とクラスター分析の組み合せによって、従来の花型を中心とした分類では因難であった鉢裁培適性品種の作出など、多様な育種目標のための素材の検索も容易にするもと思われる。12月下旬および上旬のボタンの切花生産が、それぞれ春咲き種で大きい肥大根をもつ4年生株では株当り23本の切花が収穫できたが、小さな肥大根しかもたない2年生株では1本しか収穫できなかった。4年生株の切花品種は2年生株のそれと同等かやや優れていた。12月上旬の切花生産は、短期冷蔵を行った寒咲き種を用いると可能であった。冷蔵した株の切花品質は無冷蔵株に比べてはるかに優れていた。

ボタンの色素については分析の結果,多くて6種類の色素が含まれていることがわかった.それぞれの色素組成はペオニジン,ペラルゴニジン,シアニジンの配糖体らしいことが,薄層クロマトグラフィーでわかったが,配糖体の構造決定には指標となる色素が必要であり,今後はこれらを入手し薄層クロマトグラフィーで,抽出色素と同一かどうかチェックする必要がある.シャクヤクの色素も調たがボタンに近い構造をしているものと推定できた.しかし,正確な同定は今後の課題である.またボタン・シャクヤクに含まれているフラボンやフラボノール組成については一部そのパターンがわかったが成分の同定には至らなかった.今後は色素成分を明らかにして品種分類を行いたい.またボタンとシャクヤクの交配も行ったが種子が得られず,完全な不和合性であることがわかった.今後は胚殊培養や,シャクヤクの原種との交雑を試みる必要がある.ボタンの萌芽時期については,5月1日ごろから5月6日頃に集中しており他の花卉に比べて開花時期の幅がせまかった.しかし一部のボタン(中国種)は4月下旬,アメリカ種は5月中旬に開花し,種類が異なると萌芽日が大きくずれることがわかった.これらの種を用いた場合の交雑には,花粉を貯蔵しておいて雌花の開花期に取り出して交雑できる可能性も伺えた.アメリカや中国のボタンは形態的に異なっており日本のボタンと交雑すれば興味ある花型が得られると思うが,これも不和合性が強い場合は困難であろう.以上から色素の同定と品種間の違いや交雑法についてはさらに検討する必要がある.ボタンは中国原産で、1500年の栽培の歴史がある.昭和末から平成にかけてボタン生産者(主に新潟県)および島根県八束町は多くの品種を導入し日本品種との交配も試みようとしている.その場合,花粉の発芽能力や発芽適温を知っておくことは重要である.細木らはすでに日本品種の発芽適温を調べており1020°Cの間に適温があることを認めている.そこで中国品種4種,邦寧紫,大胡紅,蘭田玉,紫蘭魁を用い花粉の発芽適温について調べた.花粉発芽床は0.8%寒天に10%しょ糖を加えたものとし、シャーレ内で発芽させた(4品種供試).温度は10,15および20°Cとした.花粉をまいてから4時間後検鏡(X100,3視野)し,発芽率を求めた.全体として発芽率は低かったが,どの品種も15°Cで発芽率がもっとも高かった.10°Cと20°Cでは低い発芽率となった.中国ボタンの開花期は松江で4月下旬でありその頃の平均気温は15°Cである.日本品種には15°Cに適温がある品種だけでなく,10°Cに適温がある品種もあったが,今回の調査では供試品種が少なかったせいか,その点は明らかでなかった.中国品種は日本品種にくらべ春季の発芽が早く開花も早いので花粉を貯蔵できる.そこで中国品種の数種を花粉親として日本の品種に交配したところ,組み合わせにより種子ができ発芽も可能であった.今後は,中国ボタンの特徴である盛り上がり咲きや矮正の因子を日本品種に導入することが望まれる.
窒化物半導体異種接合のプロセス・界面制御と電界効果トランジスタ応用

n-GaN表面にALD法により/Al203膜を7nm堆積し、その後ECR-CVD法によりSiN膜を5nm堆積した。最後にAl203膜を7nm堆積して、Al_2O_3/SiN/Al_2O_3浮遊ゲート構造を作製した。正バイアスを大きくするに従って、C-V特性のヒステリシスが大きくなることを確認した。このヒステリシスは、n-GaNから7nmのAl_2O_3膜を電子がトンネルしてSiN井戸層に蓄積される負電荷に起因していると推定された。ヒステリシス電圧より電荷量を見積もり、順バイアス掃印58Vに対応して、4x10^<12>1x10^<13>cm^-2の電子蓄積量を制御可能であることが示された。また、この電荷量は、室温・ゼロバイアス条件で1x10^4秒以上の保持時間を有することが明らかになった。(2)AlTiO膜を利用したMos構造ALD法により、Al_2O_3層とTiO_2層を数サイクル毎に積層し、ラミネート構造を形成した。サイクル比によりAlTiO膜の平均的なAlおよびTi組成が制御でき、Al組成が0.7程度(Al_0.7Ti_0.03)で平均的な比誘電率19を得た。次に、AlTiO膜をn-GaN表面およびAlGaN/GaN構造表面に堆積し、その界面特性を詳細に調べた。AlTiO/n-GaN構造のC-V特性は計算値に近い結果になり、最小電子準位密度が1x10^<12>cm^-2eV^-1程度の良好な界面特性を有することが明らかになった。また、AlGaN/GaN構造表面に形成したMOS試料に対してもC-V評価を行い、ヘテロ構造に形成したMOS構造の特徴的な2-step特性が観測され、AlGaN/GaN HEMTのゲート構造に適用可能であることが明らかになった。浮遊ゲート構造と高誘電率絶縁膜ゲート構造を作製し、その電荷蓄積特性および界面準位特性を評価することができた。浮遊ゲート構造と高誘電率絶縁膜ゲート構造に関して、電荷蓄積のメカニズム、保持時間を大きくするための構造、高誘電率絶縁膜の堆積条件と界面準位特性との相関を詳細に調べ、AlGaN/GaN HEMTのゲート構造に適用する。
バイオセンサによる魚類のユーストレス／ディストレスの解明：魚に良いストレスとは？

本年度は,これまでに製作したストレス応答測定用バイオセンサシステム,LEDより構成される新しい照射システム等を用いて,魚にとって有益なストレス(ユーストレス)と有害なストレス(ディストレス)の関連性の解明に取り組んだ.まず,供試魚(ナイルティラピア)を異なった色(波長)の光条件下で飼育し,これら供試魚におけるストレスからの回復履歴を観察した.すなわち,供試魚に各色(白,青,赤,緑)の波長の光をLEDライトによって3日間照射(12時間/日)して環境に馴致させた後,バイオセンサによるモニタリングを開始し,途中で魚体を空気中に暴露することで強いストレスを負荷し,その後のストレス応答の回復履歴を経時的に解析した.その結果,緑色の波長が他の波長に比べてストレスからの回復に効果がある傾向が認められた.次に通常の波長(白色)の下で,水槽内面壁の色を異なった条件に設定し,これら水槽内で供試魚を飼育し,それらのストレスからの回復履歴を観察した.すなわち,各色(青,赤,緑)の条件下でナイルティラピアを2日間飼育し,環境に馴致させた後,アンモニアが含まれる飼育水中に魚を移動して強いストレスを負荷し,再び元の水槽内に戻してストレス応答の回復履歴を観察した.その結果,赤色の内面壁で飼育した魚のストレスからの回復が,他の条件下で飼育された魚に比べて早い傾向が認められた.以上の結果から,魚の飼育環境下における色の変化が,魚にとってのユーストレスに結びつく可能性が示唆されたが,各個体における応答差も確認された.したがって,今後は同様の実験を繰り返し行い,蓄積された測定データを統計学的に処理して考察する必要があると考えている.本研究では,研究代表者が製作した「魚類のためのストレス応答測定用バイオセンサ」を利用して,魚にとって有益なストレス(ユーストレス[Eustress]))と有害なストレス(ディストレス[Distress])の関連性を解明することを目的とする.今年度は,本目的に適した魚類のためのグルコース測定用バイオセンサの作製を行った.申請者らが開発してきたこれまでのバイオセンサは,電極上に酵素を固定化する際1つ1つをハンドメイドにより製作していたため,個々の出力電流値に多少のばらつきが生じることがしばしばあった.そこで,酵素の固定化に自己組織化単分子膜(SAM)を利用することを考えた.まず,白金イリジウムを作用極,銀塩化銀を対極とする微小電極(φ1 x 4 mm)を作製した.次に,この電極の作用極を10 mMのMPA溶液に浸漬して表面にSAMを形成させた後,ここにグルコースオキシダーゼを固定化することにより,グルコース測定用バイオセンサを製作した.このセンサをリン酸緩衝液(pH 7.8)中に浸漬した後,グルコース標準液を滴下し,センサの出力電流値とグルコース濃度との関係を調べた.さらに,魚(ティラピア)より眼球外膜近傍の間質液(EISF)を採取し,そのグルコース濃度の測定を試みた.その結果,製作したセンサは,グルコース濃度103500 mg dl/1の範囲で出力電流値との間に良い相関が認められ,魚類のEISF中のグルコース濃度変化を十分に測定できるダイナミックレンジを有していることがわかった.次に,本センサを実際のEISF中のグルコース測定に適用したところ,従来法(比色定量法)によって得られた値との間に良い相関を示し,本研究の目的に適したグルコース測定用バイオセンサを構築することができた.本研究は,申請者らが開発した魚類のためのストレス応答測定用バイオセンサを用いることにより,「魚の真のストレス応答」を測定・解析し,魚類の行動と生理との間に新たな相関関係を見出し,「魚類にとってのユーストレス/ディストレスの解明」を探索することを目標としている.本年度は,この目的を実現するために,新規のグルコース測定用バイオセンサの設計・製作を遂行した.その結果,製作したセンサはグルコース濃度103500mg dl/1の範囲で,出力電流値との間に良い相関が認められた.この値は,研究代表者らが過去に開発したバイオセンサの測定可能範囲が10400 mg dl/1であったことから,その測定ダイナミックレンジを著しく向上させることができたといえる.このようなセンサ特性の向上は,SAMを用いてGOxを固定化することにより,電極上での酵素分子の配列がより均一化し,効率的な酵素反応が実現できたことが理由として考えられる.したがって,新規に開発した本バイオセンサを,次年度の魚類のストレス応答モニタリングに適用することにより,より正確で安定したモニタリングが実現できると予測される.以上の理由から,本研究の進捗状況は計画通り順調に進展していると考えている.本研究では,研究代表者が製作した「魚類のためのストレス応答測定用バイオセンサ」を利用して,魚にとって有益なストレス(ユーストレス[Eustress]))と有害なストレス(ディストレス[Distress])の関連性を解明することを目的とする.今年度は,飼育水の水位変動によるストレス応答,及び塩化ナトリウム含有飼育水が魚類のストレス回復に及ぼす影響を調べた.また,次年度の計画にあるストレス因子としての光の影響を検討するため, LEDを用いた新しい照射システムの設計・製作を行った.まず,前年度に作製されたグルコースバイオセンサを,試験魚となるティラピアに装着し,飼育水の水位変動によるストレス応答モニタリングを行った.その結果,飼育水位の低下が供試魚にストレスとなり,魚体高と同じ高さまで水位が低下すると,魚に対して大きなストレスとなることが明らかとなった.

次に,種々の塩化ナトリウム濃度(0, 0.1, 0.5 %)における飼育水中で3日間飼育した魚にバイオセンサを装着し,ストレスを負荷(10分間空気中に曝露し)した後,水槽に戻した際のストレス回復のモニタリングを行った.その結果,魚体を空気中へ曝露させることによって血糖値の大幅な上昇が確認されたが,その後の回復については,各塩化ナトリウム濃度において優位な差は認められなかった.一方,光の照射条件が統一できる新たな照射システムの製作を行ったところ,LED照射面に高い光透過率と光学的歪の少ない特性をもつガラス素材を使用することにより,魚体への照射を効率的に行うことができた.本研究は,ストレス応答測定用バイオセンサを用いることにより「魚の真のストレス応答」を測定・解析し,魚類の行動と生理との間に新たな相関関係を見出し,「魚類にとってのユーストレス/ディストレスの解明」を探索することを目標としている.本年度は,この目的を実現するために,各種ストレス因子の検討および新しい光照射システムの設計・製作を行った.各種ストレス因子の検討については,水位の変化が魚のストレッサーとして有効であることがわかった.また,飼育水の塩化ナトリウム濃度については,いずれの濃度においてもストレスの回復に顕著な差は認めらず,ストレッサーとしての塩化ナトリウムの濃度変化は,ユーストレスにもディストレスにもあてはまらないことを結論づけた.次に,次年度に向けてのLEDを光源とした新しい光照射システムの設計および製作を行ったところ,今後の実験計画に十分に対応できるシステムを構築することができた.以上の理由から,本研究の進捗状況は計画通り順調に進展していると考えている.本年度は,これまでに製作したストレス応答測定用バイオセンサシステム,LEDより構成される新しい照射システム等を用いて,魚にとって有益なストレス(ユーストレス)と有害なストレス(ディストレス)の関連性の解明に取り組んだ.まず,供試魚(ナイルティラピア)を異なった色(波長)の光条件下で飼育し,これら供試魚におけるストレスからの回復履歴を観察した.すなわち,供試魚に各色(白,青,赤,緑)の波長の光をLEDライトによって3日間照射(12時間/日)して環境に馴致させた後,バイオセンサによるモニタリングを開始し,途中で魚体を空気中に暴露することで強いストレスを負荷し,その後のストレス応答の回復履歴を経時的に解析した.その結果,緑色の波長が他の波長に比べてストレスからの回復に効果がある傾向が認められた.次に通常の波長(白色)の下で,水槽内面壁の色を異なった条件に設定し,これら水槽内で供試魚を飼育し,それらのストレスからの回復履歴を観察した.すなわち,各色(青,赤,緑)の条件下でナイルティラピアを2日間飼育し,環境に馴致させた後,アンモニアが含まれる飼育水中に魚を移動して強いストレスを負荷し,再び元の水槽内に戻してストレス応答の回復履歴を観察した.その結果,赤色の内面壁で飼育した魚のストレスからの回復が,他の条件下で飼育された魚に比べて早い傾向が認められた.以上の結果から,魚の飼育環境下における色の変化が,魚にとってのユーストレスに結びつく可能性が示唆されたが,各個体における応答差も確認された.したがって,今後は同様の実験を繰り返し行い,蓄積された測定データを統計学的に処理して考察する必要があると考えている.次年度からは,魚類のストレス応答に及ぼすストレッサーの影響について検討する.
特異な立体構造を有する芳香族アミンの合成と電子物性の解明

前年度に引き続き、当該年度も様々なトポロジーをもつ芳香族アミンの合成とその電子物性の解明をおこなってきた。以下に具体的な成果について記す。二電子酸化時にスピン三重項が発現するテトラアザシクロファン二分子がパラフェニレンで環状に連結した構造を有する新規大環状芳香族アミンの合成に成功した。本分子の単結晶の作成に成功し、X線結晶解析によってその特異な構造を明らかにすることに成功した。電気化学測定の結果、この分子は分子内に有する6つのパラフェニレンジァミン骨格を反映し、12電子まで可逆に酸化可能であることがわかった。また多段階酸化体のスピン多重度をパルスESRを用いた電子スピン過渡章動(ESTN)法によって測定したところ、スピン五重項種までの高スピン種の存在を確認した。2つのパラフェニレンジアミンをオルトフェニレンで環状に連結した大環状分子の合成に初めて成功した。本分子においては、空間を介した相互作用結合に加え、結合を介した相互作用が存在することが予測される。この分子はイス型および舟形の二種類の構造異性体をもち、NMR測定の結果、室温において両異性体のシグナルが独立して観測された。温度可変NMRの結果、シグナル形は室温から90°Cまで変化が見られず、150°Cにおいても一部のピークは完全に融合するに至らなかったことから、この分子の骨格の高い剛直性が示唆された。単結晶X線解析から、結晶中ではすべての分子がイス型構造をとっていることが明らかになった。CV測定の結果、第一および第二酸化は共に一電子酸化であり、その電位差は342mVと大きな値を示した。また、モノカチオンの電子スピン共鳴測定の結果、ラジカルスビンは分子全体に非局在化していることが示された。これらの結果から、オルトフェニレンで連結された2つのパラフェニレンジアミン間には、アルキル鎖で架橋された分子よりも強い電子的相互作用が働いていることが示された。本年度は、過去に例のない三層積層型構造を有する芳香族アミン二種の合成に成功した。これらは分子ナノワイヤの部分構造とみなすことができ、これらの合成および物性解明は分子エレクトロニクスの実現に寄与する重要な結果である。1.トリノレブッカー型1,3,5-ベンゼントリアミンの合成当研究者はこれまでに、2つの1,3,5-ベンゼントリアミンをメタフェニレンフェニレンで架橋した二層積層型芳香族アミンの合成に成功していた。本年度は、1,3,5-ベンゼントリアミンをさらに一層積み重ねた三層積層型芳香族アミンの合成に成功した。さらに単結晶X線解析によって、この分子の構造を明らかにすることができた(右図)。その結果、この分子はほぼ完全なC3対称構造を有していることがわかった。またこの分子はその剛直な立体構造にもかかわらず、有機溶媒に対して良好な溶解性を有しており、溶液中における各種物性測定が可能であった。この分子のサイクリックボルタンメトリーを測定した所、サイクルごとに電流値の増加が見られ、また測定後作用電極上に膜が生じていた。このことから、この分子は酸化によって電解重合を起こすことがわかった。重合を防ぐために、酸化体がさらに安定な分子の設計を行なっている。2.トリプルデッカー型トリフェニルアミンの合成当研究者はこれまでに、2つのトジフェルアミンをメタフェニレンジアミンで架橋した二層積層型芳香族アミンの合成に成功していた。本年度は、トリフェニルアミンをさらに一層積み重ねた三層積層型トリフェニルアミンの合成に成功した。量子化学計算の語果、この分子のHOMO、(HO-1)MO、(HO-2)MOの3つの軌道はエネルギー的に接近しており、三電子酸化時にスビン四重項状態が発現する可能性が示唆された。また電気化学測定の結果、この分子は安定に多段階酸化できることがわかった。現在収率の改善、結晶化および電気・磁気的性質の解明を続けている。

CV測定の結果、第一および第二酸化は共に一電子酸化であり、その電位差は342mVと大きな値を示した。また、モノカチオンの電子スピン共鳴測定の結果、ラジカルスビンは分子全体に非局在化していることが示された。これらの結果から、オルトフェニレンで連結された2つのパラフェニレンジアミン間には、アルキル鎖で架橋された分子よりも強い電子的相互作用が働いていることが示された。本年度は、当初の研究目的の一つであった多層積層型芳香族アミンの合成に成功し、さらにX線結晶解析によってこれらの構造を明らかにすることができた。これらの基礎的な電子物性についても、実験および理論計算によってある程度明らかにすることができた。現在合成に成功している1,3,5-ベンゼントリアミンおよびトリフェニルアミンをメタフェニレンフェニレンをリンカーとして積層した多層積層型芳香族アミンの電子・磁気物性を詳細に解明する。特に、電子スピン共鳴を用いて多価カチオン状態のスピン多重度を確定する。また、リンカーとしてオルトおよびパラフェニレンを用いた積層型分子の合成手法を確立する。これらの電子物性を明らかにし、リンカーの違いによる物性の変化について明らかにする。
活性酸素によるDNA障害防止の分子機構

電離放射線や環境中に存在する化学物質、さらには生体内での通常の代謝活動によっても活性酸素が生じている。これらは様々な作用を生体にもたらすが、中でもDNAの酸化は突然変異や発がんさらには生体の老化に深く関わっていることが示唆されてきた。種々のDNAの酸化的損傷の中で、グアニン塩基の酸化はその強力な突然変異原性により注目されている。活性酸素に伴うDNA上の損傷と自然突然変異および発がんの関連を明らかにし、その過程を分子レベルで解明することを目的に、標的遺伝子組換えの手法によりMTH1遺伝子の欠損マウスを樹立して解析した。(1)アニマルセンター内のSPF飼育条件下で1年6ヶ月後に剖検したところ、MTH1遺伝子欠損マウス(MTH1^<-/->)は野生型(MTH1^<+/+>)マウスに比べて肺などの特定臓器において、自然発生腫瘍頻度の上昇が観察された。このことは、MTH1蛋白質の欠損により、DNA中に取り込まれる変異原性ヌクレオチドである8-oxodGTPを排除する効率が低下することで、結果的に突然変異の上昇がもたらされ発がんの誘因になるという考え方を支持し、発がん抑制におけるMTH1蛋白質の重要性を示唆している。(2)MTH1遺伝子欠損マウスを近交系マウスと戻し交配を行い、C57BL6/Jについては戻し交配が完了した。その他のC3H/He等については引き続き戻し交配を行っている。(3)C57BL6/Jに戻し交配が終了したMTH1遺伝子欠損マウスを用いて、X線による誘発発がんの実験を開始した。(4)MTH1遺伝子欠損マウスの肝臓により調製した抽出液中に存在する8-oxo-dGTPを分解する酵素活性について、系統的に検索を行った。標的遺伝子組換えにより樹立したMTH1遺伝子(8-oxo-dGTPase)の欠損細胞・欠損マウス個体でのDNA損傷・遺伝子の変異さらに発がんを解析することで、直接実際に自然界で起こっている環境並びに生体内での酸化ストレスに起因するDNA損傷のタイプ及びその程度、DNA障害防止系の効率及び生物学的意義を解明する。また活性酸素によるDNA障害とりわけDNA合成の基質である「ヌクレオチド・プールの浄化」について、生体内では様々な過程で8-oxo-dGTPの産生を抑制するなど第2・第3の防御機構が存在する可能性も考えられる。樹立したMTH1遺伝子の欠損マウスを出発材料として、8-oxo-dGTPase以外の酵素系についても系統的に検索することで、活性酸素によるDNA障害の防止機構を体系的に理解することを目的としている。(1)MTH1遺伝子欠損マウスについて、野生型マウスをコントロールとして酵素の活性、および自然発癌のレベルを検討した。(2)ES細胞レベルにおいて、樹立した対立遺伝子の両方に変異を導入した細胞(ダブル・ノックアウト細胞)株を使用し、野生型細胞株と比較して、hprt遺伝子座での突然変異率(6-チオグアニン耐性コロニーの出現頻度)の解析を行なった。(3)樹立したMTH1遺伝子欠損マウスの肝臓からエクストラクトを調製し、その中に含まれる8-oxo-dGTPを排除する酵素活性につき系統的に検索している。