hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
二次元物質における電子物性の光学的制御に関する理論的研究

炭素原子だけからなる一原子層膜であるグラフェンの発見以降、数原子分の厚みしかもたない原子層物質研究が盛んにおこなわれている。本研究課題では、原子層物質における特異な電子状態の探索とその設計、さらには、円偏向電磁場照射による電子状態制御とそこでの電子輸送特性の解明を目的としている。特に、前者においては、トポロジカルな視点に基づく物質の設計について重点を研究を進めてきた。本年度は特に、このアイデアをフォトニック結晶へ拡張することで、トポロジカル状態を実現し、新しいフォトニックデバイスが設計できる可能性を示した。さらに、高次トポロジカル状態にも着目し、試料のコーナーに局在状態が出現することを明らかにした。これにより、光の閉じ込め素子などへの応用が期待される。また、実験グループと共同研究を実施し、半導体フォトニック結晶におけるコーナー状態の出現機構を議論した。本年度は、Zak位相を用いたトポロジカル状態の設計指針について、その理論的な基礎的な枠組みの構築に大きな進展があった。特に、高次トポロジカル状態に由来するコーナー状態の発現機構を解明するとともに、実験グループとの共同研究を進めることができた。2019年度は研究課題の最終年度であるため、研究課題の取りまとめを中心に課題の遂行を行うとともに、未発表の研究成果やデータを論文等へ出版できるように整理を進める。また、高次トポロジカル状態に由来するコーナー状態の解析をさらに進め、実験グループとの共同研究を促進させる。炭素原子だけからなる一原子層膜であるグラフェンの発見以降、数原子分の厚みしかもたない原子層物質研究がさかんにおこなわれている。本年度は特に、ポリアセチレンの電子物性の解析に用いられるSu-Schrieffer-Heeger模型に着目し、この模型を2次元に拡張することで、Vectored Zak位相(運動量空間におけるベクトルポテンシャルであり、以下では単にZak位相とよぶ)とよばれるトポロジカル量に着目した。有限なZak位相が出現する結晶格子形状を見出すことで、たとえベリー曲率(運動量空間における磁場)がゼロであっても、トポロジカル相が実現できることを見出した。本年度は特に、ケクレ格子状の結合交替をもった蜂の巣格子系について適用し、トポロジカル状態の実現とエッジ状態の出現を強結合模型の範囲で確認した。さらに、このアイデアをフォトニック結晶へ拡張することで、新しいフォトニックデバイスが設計できる可能性を示した。特に、エッジ状態の伝搬が、種々の乱れに対して非常に強固であることを計算機シミュレーションによって、明らかにした。上記の課題と並行して、円偏向電磁場照射下における量子細線における電子伝導特性の解析も行なった。円偏向電磁場照射により系のトポロジカル状態が制御できることを示した。今後は、有限の幅をもつリボン形状の場合などに拡張する。さらに、正方格子系や蜂の巣格子系への拡張を議論した。また、実験グループへの提案を目論見、フォトニック結晶への適用を行うことができた。これらの成果を論文として、出版できたことは大きな成果と言える。本年度は、研究課題を十分に進めることができた。今後は、円偏向電磁場照射によるトポロジカル状態の制御、さらには、コーナーエッジ状態などの高次トポロジカル状態への展開を計る。
放射線感受性が高い固形腫瘍に対するＧ２期チェックポイント阻害剤の併用療法の有効性

本研究課題は、放射線感受性マーカーであるRegenerating gene 1(REG1)とG2期チェックポイント阻害剤という2つの概念を融合し、REG1を高発現した固形腫瘍に対する放射線療法とG2期チェックポイント阻害剤との併用療法の有効性を証明し、放射線療法に着目した新しい個別化療法の可能性を探ることを目的としている。今回、食道がん細胞株のREG1遺伝子発現とX線感受性の関連性の評価を進め、1REG1遺伝子高発現/X線高感受性群、2REG1遺伝子高発現/X線低感受性群、3REG1遺伝子低発現/X線高感受性群、4REG1遺伝子低発現/X線低感受性群の計4群に分類した。固形腫瘍に対する治療は手術と放射線が中心的役割を担っているが、放射線療法は感受性や副作用の個人差が生じることもある。これまでに、申請者らは食道がんが発現する放射線感受性マーカーを探索した結果、REG1を見出してきた。一方、腫瘍細胞のDNA損傷時に誘発されるG2期チェックポイント機構を阻害することは、DNA損傷を誘導する薬剤や放射線の効果を腫瘍細胞選択的に増強できることが期待されており、新しい抗がん剤開発のための有望な標的経路と考えられている。本研究課題は、放射線感受性マーカーであるREG1とG2期チェックポイント阻害剤という2つの概念を融合し、REG1を高発現した固形腫瘍に対する放射線療法とG2期チェックポイント阻害剤との併用療法の有効性を証明し、放射線療法に着目した新しい個別化療法の可能性を探る研究である。平成25年度は、前年度に引き続き、腫瘍細胞株のREGI遺伝子発現とX線感受性に関する非階層的クラスター分析を行なうため、食道がんを含む種々の固形腫瘍細胞株に対して、REG1遺伝子発現量の定量およびX線感受性評価を進めてきた。実験終了後、両パラメーターを用いた非階層的クラスター分析を行ない、1REG1遺伝子高発現/X線高感受性群、2REG1遺伝子高発現/X線低感受性群、3REG1遺伝子低発現/X線高感受性群、4REG1遺伝子低発現/X線低感受性群の計4群にクラスタリングを行なう。さらに、1群に対するG2期チェックポイント阻害剤の効果をin vitro/in vivoで調べていく。固形腫瘍に対する治療は手術と放射線が中心的役割を担っているが、放射線療法は感受性の個人差や副作用を生じることもある。本研究課題は、放射線感受性マーカーであるREG1とG2期チェックポイント阻害剤という2つの概念を融合し、REG1を高発現した固形腫瘍に対する放射線療法とG2期チェックポイント阻害剤との併用療法の有効性を証明し、放射線療法に着目した新しい個別化治療の可能性を探る研究である。平成24年度は、腫瘍細胞株のREG1遺伝子発現とX線感受性に関する非階層的クラスター分析を行なうため、食道がんを含む種々の固形腫瘍細胞株に対して、REG1遺伝子発現量の定量およびX線感受性の評価を行なった。実験終了後、両パラメーターを用いた非階層的クラスター分析を行ない、1REG1遺伝子高発現/X線高感受性群、2REG1遺伝子高発現/X線低感受性群、3REG1遺伝子低発現/X線高感受性群、4REG1遺伝子低発現/X線低感受性群の計4群にクラスタリングを行なう予定である。これまでに、申請者らは、食道がんが発現する放射線感受性マーカーを探索した結果、Regenerating gene 1(REG1)を見出してきた。一方、腫瘍細胞のDNA損傷時に誘発G2期チェックポイント機構を阻害することは、DNA損傷を誘導する薬剤や放射線の効果を腫瘍細胞選択的に増強できることが期待されており、新しい抗がん剤開発のための有望な標的経路と考えられている。平成26年度は、前年度に引き続き、腫瘍細胞株のREG1遺伝子発現とX線感受性の関連性の評価を進め、1REG1遺伝子高発現/X線高感受性群、2REG1遺伝子高発現/X線低感受性群、3REG1遺伝子低発現/X線高感受性群、4REG1遺伝子低発現/X線低感受性群の計4群に分類を進めた。今後、1REG1遺伝子高発現/X線高感受性群に対する放射線照射とG2期チェックポイント阻害剤の併用効果をin vivoおよびin vitroで解析を進め、REG1高発現患者に対する個別化療法としてのG2期チェックポイント阻害剤の有効性を確かめていく予定。

生化学平成25年度に所属講座の責任者が病床に伏したため、研究活動以外の学内外業務が増加し、計画通りに研究を進捗させることができなかったため。固形腫瘍細胞株のREG1遺伝子発現とX線感受性の評価が、当初の計画と比較して時間がかかっているため。研究期間の延長を行なうことによって研究課題の遂行を目指す。当初の計画と比較して多くの時間を要している固形腫瘍細胞株のREG1遺伝子発現とX線感受性評価においては、研究補助員等を動員し、速やかに作業を進めていく。当初の計画と比較して時間がかかっている固形腫瘍細胞株のREG1遺伝子発現とX線感受性の評価においては、研究サポーター(学生や研究補助員など)を動員し、速やかに作業を進めていく。非階層的クラスター分析後、REG1遺伝子高発現かつX線高感受性細胞株に対する放射線照射とG2期チェックポイント阻害剤の併用効果のin vitroおよびin vivoでの解析を進める。また、当初の計画通り、REG1遺伝子低発現かつX線低感受性細胞株に対するREG1遺伝子導入前後におけるX線照射と種々のG2期チェックポイント阻害剤の併用効果のin vitroおよびin vivoでの評価を進め、さらにREG1遺伝子以外の放射線感受性マーカーおよびREG1機能の阻害因子の同定を試みる。平成25年度に所属講座の責任者が病床に伏したため、研究活動以外の学内外の業務が増加し、計画通りに研究を進捗させることができなかった。異常の理由から未使用額が発生した。研究の進捗状況が当初の計画よりやや遅れており、実施されていない実験分の研究費が次年度使用金として生じている。次年度は遅れている実験分を年度の早い段階で実施・終了させるとともに、次年度実施予定の研究を早期に着手する。研究費の費用別内訳は当初の計画通り使用する予定。
高齢者や障害者の料理行動を支援するナビゲーション方式及びリハビリ効果に関する研究

本研究では,生活の中で最も基本となる料理行動に着目し,認知障害者に対する料理行動リハビリテーションを支援する4つの基本技術:1)認知障害の程度に応じたレシピ変換による料理遂行支援, 2)注意障害を改善するための並行料理支援, 3)グループ調理による社会スキル向上支援, 4)遠隔料理リハビリテーション支援を提案し,自己効力感の向上を確認するとともに,自立に向けた生活行動リハビリテーション基盤を確立した.本研究では,生活の中で最も基本となる料理行動に着目し,認知障害者に対する料理行動リハビリテーションを支援する4つの基本技術:1)認知障害の程度に応じたレシピ変換による料理遂行支援, 2)注意障害を改善するための並行料理支援, 3)グループ調理による社会スキル向上支援,4)遠隔料理リハビリテーション支援を提案し,自己効力感の向上を確認するとともに,自立に向けた生活行動リハビリテーション基盤を確立した.本研究では,高次脳機能障害者などの障害者の支障や障害の程度に応じて料理行動を支援するシステム構成法を追求するとともに,本システムを適用したリハビリテーション効果を検証する.大阪府障がい者自立センタと共同で実験を行い,下記に示す研究成果が得られた.(1)障害や支障の程度に応じた料理ナビゲーションシステムの提案と構築高次脳機能障害では,失語症,遂行機能障害,注意障害,記憶障害などのさまざまな障害が組み合わされ,障害パターンがユニークに限定されない傾向にあり,個人ごとに料理ナビゲーションインタフェースを設定する必要がある.障害者行動の観察結果に基づき,・テキスト・映像・音声のマルチモーダルインタフェースから構成されるガイダンス機能・レシピを調理器具などの暗黙知識も組み込んだ調理操作単位に展開させ,懸かり受け問題を解決し,順方向に視線移動が遷移するようにレシピ変換を行う機能・抽象化された言語での指示よりも,具体化された実体そのものの提示する機能・注視点以外はマスキングする注意フォーカス機能の実現を行った.(査読付国際会議1件,研究会2件)(2)高次脳機能障害者の自己効力感の向上に関する評価構築した料理ナビゲーションシステムを利用した料理リハビリテーションを,3人の障害者(女性)に対して実施し,1人約3ヵ月,延べ1年間のリハビリテーション実証実験を行った.その結果,3人とも生活レベルにおける自己効力感の向上が観察された.(査読なし紀要2件,研究会1件)(3)料理行動認識および料理プラニング支援手首につけた加速度センサと環境カメラにより,状態遷移履歴から検証・予測を行い料理行動認識する方式を検討中である.料理プラニング支援としては,料理行動や味などに関するエピソードを収集し,ロボットコミュニケーションに基づき,記憶を想起させる仕組みを検討中である.(全国大会1件)本研究では,高次脳機能障害者などの障害者の支障や障害の程度に応じて料理行動を支援するシステム構成法を追求するとともに,本システムを適用したリハビリテーション効果を検証する.下記に示す研究成果が得られた(1)調理動作認識方式の提案と評価加速度センサによる「切る」「混ぜる」などの基本動作の時系列データに対する認識方式を提案し評価を行った.Wavelet変換に基づく認識方式およびHMMに基づく認識方式の比較検討を通じて,調理動作全体の認識率を向上させた(研究会4件,全国大会1件)(2)障害者の認知モデルに適応した料理ナビゲーション支障や障害の程度により異なる認知モデルに対して,適応的に対応できる料理ナビゲーションシステムを構築し,5人の高次脳機能障害者に対する調理支援実験を行い,アンケート調査により,自己効力感の向上を確認することができた.(査読付きジャーナル論文1件,招待講演1件,研究会1件)(3)社会スキル向上のためのグループ料理リハビリテーション社会スキル向上を図るために,生活の中の基盤である調理行動に着目し,協調型料理ナビゲーションシステムを提案した.システムを協力行動発現支援と協力行動評価支援に大きく分け,再構成した.高次脳機能障害者同士が脇力し合い,社会性を確認する評価実験を通して,本システムの有効性を確認した.(研究会2件)(4)遠隔モニタリングを介した料理リハビリテーション監督者が遠隔地から患者の調理の様子を監視し,患者が調理に行き詰ったときや問題が生じた場合にだけ支援する遠隔モニタリングを介した料理リハビリテーション方式を提案し,2人の高次脳機能障害者に対して実験評価を行った.遠隔で支援するタイミングや認識機能について検討を行った.(研究会1件)本研究では,高次脳機能障害者などの障害者の支障や障害の程度に応じて料理行動を支援するシステム構成法を追求するとともに,本システムを適用したリハビリテーション効果を検証することを目的とする.下記に示す研究成果が得られた.(1)料理行動認識方式の改良と評価SURF特徴に基づく料理器具認識方式の提案を行い,調理環境下において,器具の見え方や種別が変化しても追従可能で,照明変化にロバストな認識方式を確立することができた.(2)危険な行動をとる内面状態推定とインタラクション制御調理における危険行動を調査し,危険行動を回避するメッセージをどのようなメディアを通じて行うのが適切かについて評価実験を行い,調理器具や危険動作の種類の違いにより適切な提示メディアが存在することを明らかにした(研究会1件)(3)エピソード記憶に基づくプラン提示調理リハビリにおけるエピソード・(プラスのエピソードとマイナスのエピソード)とリハビリ評価結果を,次回のリハビリの前に提示し振り返りコミュニケーションを行い目標(プラン)を設定することで,自己効力感を向上させる方式を提案した.また,ビデオ分析により5つの調理リハビリの評価基準を導出した.(4)遠隔調理リハビリテーションによるリハビリ効果の評価

遠隔調理リハビリ実験参加者からは,リハビリ担当者が側に居る環境よりも遠隔環境の方が集中してでき,リハビリ担当者からは,一定の距離があり効果的であるという評価結果が得られた.(研究会1件)(5)調理リハビリの総括基本調理リハビリ,並行調理リハビリ,グループ調理リハビリ,遠隔調理リハビリを通して,すべての高次脳機能障害者から自己効力感が向上したという結果が得られ,本システムを活用した調理リハビリが自立へのステップとして効果があることが確認された.(国際会議1件,研究会2件)
ホルミウム・ヤグレーザーを応用した非観血的内視鏡下唾石摘出法に関する実験的研究

唾液腺造影検査を行い、かつ手術により摘出された唾石を収集した。そのために唾液腺カテーテルを購入した。さらに唾石の微細構造を把握するために走査型電子顕微鏡で観察した。唾石は板状で結晶構造が密なものと、疎で球状、桿状の微生物様構造が優位なものの2種類が観察された。一方、ホルミウム・ヤグレーザー照射実験は環境整備が整わなかった。それまでの成果を第62回日本口腔科学会学術集会(2008年4月)で発表した。非観血的唾石摘出法としてホルミウム・ヤグレーザーを応用した体内唾石破壊法の開発を計画した。唾石への応用は海外に散見されるが、内視鏡を挿入するのに唾液管の切開を必要とした。そこで我々は非観血的に内視鏡を挿入し、唾石を破壊するシステムの構築を目指した。今回の研究はそのシステムの臨床応用のための基本的施行手技の確立を目的とした。そこで、唾石破壊のためのホルミウム・ヤグレーザーの至適発生条件を検討する初年度として手術により摘出された唾石を収集した。その際に超音波検査装置により唾石の存在部位を確認して手術を行い、それも基礎データとした。そしてその湿重量、アルミニウム当量、短径、長径を計測した。これらを至適条件検索のための基本的データとしてデータベース化した。一方、ホルミウム・ヤグレーザー発生器の販売代理店にホルミウム・ヤグレーザー発生の基礎的環境について調査し、次年度以降の破砕実験の環境整備を行った。前年度に引き続き、唾石破壊のためのホルミウム・ヤグレーザーの至適発生条件を検討するための材料として手術により摘出された唾石を収集した。その際に必ず唾液腺造影検査で唾石の位置やサイズなどの唾石性状を把握し、それも基礎データとした。そのために唾液腺カテーテルを購入したが、特注であり、3Frと4Frのそれぞれ100本単位の受注生産のため、当初予算より、物品費に支出が大きくなった。さらに唾石の微細構造を把握するために、追加で走査型電子顕微鏡での観察を追加した。それにより、唾石の微細構造と組成の推定を行った。一方、ホルミウム・ヤグレーザー発生器の販売代理店にホルミウム・ヤグレーザー発生の基礎的環境について調査したが、2007年に所属施設の変更が実験計画の全体の進行に影響を与え、破砕実験の環境整備が整わなかった。しかし、それまでの成果を第62回日本口腔科学会学術集会(2008年4月)で発表した。
心筋収縮能に関連する新たな磁気共鳴パラメータの開発

左室心筋は収縮時には血流が少なく、逆に拡張時に血流が多くなることが知られている。この性質を利用して、black blood法によって血液の信号を抑制した状況下で、拡張期と収縮期の左室信号値を比較し、拡張期の信号値が低いことを示した。拡張期は組織の血液量が多いためblock blood法によって抑制される割合が大きく、信号が低下したものと推測される。左室虚血評価の新たなパラメータとしての発展が期待される。心拍の影響がほとんどないと思われる骨格筋のSIで除すことでシミングの差による影響を除くと、収縮期と比較して拡張期のSIは1.5-5%程度低下することが分かった。肝臓や他の部位の筋肉についても同様の計算を行ったが収縮期と拡張期とでは明らかなSIの違いは見出せなかった。拡張期には、心筋内の血液の割合が増加するのでこのような結果が生じたと推定され、この方法は心筋血液量推定の新たなパラメータとなりうると考えられる。現在、症例数を増やして研究を継続している。また、ニトロール負荷の影響についても検討中である。心拍の影響がほとんどないと思われる骨格筋のSIで除すことでシミングの差による影響を除くと、収縮期と比較して拡張期のSIは1-2%程度低下することが分かった。拡張期左室心筋相対信号強度=0.933±0.076収縮期左室心筋相対信号強度=0.956±0.080肝臓や他の部位の骨格筋についても同様の計算を行ったが収縮期と拡張期とでは明らかなSIの違いは見出せなかった。拡張期には、心筋内の血液の割合が増加するので左室壁のSI低下が生じたと推定され、この方法は心筋血液量推定の新たなパラメータとなりうると考えられる。現在、被験者数を増やして研究を継続している。また、心筋梗塞などの臨床例への応用も検討している。心拍の影響がほとんどないと思われる骨格筋のSIで除すことでシミングの差による影響を除くと、収縮期と比較して拡張期のSIは数%程度低下することが分かった。拡張期左室心筋相対信号強度=0.941±0.073収縮期左室心筋相対信号強度=0.992±0.093しかし、pared t-testでは有意とは言えない程度の差であった。(p=0.054)肝臓や他の部位の骨格筋についても同様の計算を行ったが収縮期と拡張期とでは明らかなSIの違いは見出せなかった。しかし、心臓の動きに伴うアーチファクトが心室に重なる場合や、拡張期では心室壁が薄くなるのでRegion of interest(ROI)の設定が難しいなどの問題点は残されている。
欧米諸国における地域研究の実態調査

1.平成3年度調査研究実施計画にもとづき、学術調査の対象国をアメリカ合衆国にしぼり、同国の地域研究機関の研究実績面、組織・行政面の情報集積・解析・評価をおこなった。2.研究実施のための計画作業わが国における新しい「地域研究」の組織上の、また研究方法上の推進体制に関して国立民族博物館においておこなっている調査研究の作業の進行と密接に連携しつつ、本研究組織としては、欧米諸国における「地域研究」の歴史と現状に関する事前サ-ヴェイをさらに深化させるべく集中的討議をおこなうとともに、この学術調査の実施上の重点目標の確点、調査項目の調整、調査対象機関の選定、それとの連絡態勢の確立、調査対象機関における協力者との事前の協議など、計画の具体化をすすめた。3.研究遂行のための現地調査実施の概要1)現地調査のための派遣者(2名)研究分担者板垣雄三(東京大学名誉教授)研究協力者竹下典行(文部省学術国際局研究機関課課長補佐)2)現地調査のための派遣期間:平成3年11月5日16日(12日間)3)おもな訪問機関および応接者ワシントンDC(1)ジョ-ジタウン大学現代アラブ研究センタ-/イブラヒ-ム・イブラヒ-ム所長およびマイケル・ハドソン教授(2)ジョ-ジ・ワシントン大学政治学部/バ-ナ-ド・ライク教授(前学部長)(3)中東研究所/ロバ-ト・キ-リ-理事長(4)スミソニアン研究機構ウイルソン・センタ-/ロバ-ト・リトワク国際研究部長(5)アメリカン大学国際学部(SIS)/ルイス・グッドマン学部長およびシェリフ・マルディン教授マサチュウセッツ州ボストン(6)マサチュウセッツ工科大学アガカ-ン計画/バ-ブロ・エック部長(7)ハ-バ-ド大学中東研究センタ-/ウイリアム・グレアム所長(8)ハ-バ-ド大学国際開発研究所/大木正光研究員(前外務省中近東二課長)ニュ-ヨ-ク市(9)社会調査研究所/ジャネット・アブ-ルグド教授およびエリック・ホブズボ-ム教授(10)コロンビア大学中東研究所/グレゴリ-・ゴ-ズ3世助教授(11)社会科学研究所(SSRC)/メアリ-・マクドナルド事務局員4.観察結果および収集された情報資料にもとづく研究作業本研究組織としては、調査実施から得られた知見を整理・分析・評価する作業をすすめつつ、調査研究のつぎの段階の準備にとりくんでいる。本年度の調査にかぎっていえば、アメリカ合衆国においては、世界諸地域の地域研究がしばしば政策形成・実施のための応用研究に引き寄せられ基礎研究としての系統性と持続性に欠ける結果となってきたことへの反省が全般的につよく生じており、教育の次元からの再建・再編への動きが看取される。わが国における総合的な地域研究の組織化への志向は、そこで大きな関心を呼んでいる。

本年度の調査にかぎっていえば、アメリカ合衆国においては、世界諸地域の地域研究がしばしば政策形成・実施のための応用研究に引き寄せられ基礎研究としての系統性と持続性に欠ける結果となってきたことへの反省が全般的につよく生じており、教育の次元からの再建・再編への動きが看取される。わが国における総合的な地域研究の組織化への志向は、そこで大きな関心を呼んでいる。
準線形放物型方程式の解の正則性を応用した中性化現象の数学解析

本研究は、建造物の持続性を損なう亀裂を引き起こす原因である中性化現象について、水分や二酸化炭素といった化学物質を用いた3次元数理モデルの適切性を示すことを目的とし、本年度は、巨視的領域と微視的領域を組み合わせた水分の輸送モデルと二酸化炭素の輸送モデルに対する解析を行った。本年度得られた具体的な結果は以下の通りである。材料内部における水分の輸送は、各細孔において水分量が増加し、増加した水分が細孔間を通ることで発生するが、こうした水分の増加現象は、材料全体で観測される相対湿度と細孔での水分とが相互に影響しあうことで引き起こされる。これらの物理的背景から、前年度においては、材料全体(巨視的領域)における相対湿度の拡散方程式と、各細孔(微視的領域)における水分の増加現象を表す自由境界問題を組み合わせた水分の輸送モデルを提案し、時間局所的な可解性を示した。時間大域的な可解性のためには、解そのものが時間大域的に小さいことを示す必要があったが、相対湿度の支配方程式は、化学反応による水の生成を表す外力項をもつ準線形放物型方程式であるため、その解の小ささを時間大域的に保証することは困難であった。そこで、本年度は、様々な実験結果とそれに基づいて提案されているモデルをもとに、化学反応による水の生成を表す項を相対湿度に応じた、物理的妥当性のある形に改良することで、解の時間大域的な小ささを示すことができ、時間大域的な可解性を示すことに成功した。また、二酸化炭素の輸送については、ヘンリーの法則を考慮した上で、水中及び空気中の二酸化炭素の輸送を記述する2つの拡散方程式からなる数理モデルに対して解析を行った。特に、2つの方程式には、微視的領域の自由境界問題の解の巨視的変数に関する空間微分が含まれているが、この微分可能性とその評価についても導出することができた。本年度は、前年度の達成度評価に基づき、当該年度に予定している水分と二酸化炭素の輸送モデルの解析と中性化現象を表す数理モデルの解析をすることを目的とした。本年度前半期は、水分と二酸化炭素の輸送モデルの時間大域解の存在を示すことが目的であった。水分の輸送モデルの時間大域的に解が存在するためには、解の小ささを保証する必要があった。この問題に対して、相対湿度が低いときには、二酸化炭素が完全に水に融解することはなく、相対湿度が高いときには、細孔内の水分が二酸化炭素の拡散を阻害するという実験結果に基づき、相対湿度の支配方程式における、化学反応による水の生成を表す項を相対湿度の状況に応じた形に改良し、解そのものの時間大域的な小ささを保証することができた。これによって、水分の輸送モデルの時間大域的な解の存在を示すことができた。こうした時間大域的な解の存在を示すことができたことは、今後、二重尺度法を用いて数理モデルを解析する上で、重要な結果を導くことができたと考えている。また、二酸化炭素の輸送モデルにおいては、ヘンリーの法則を考慮した上で、水中及び空気中、それぞれの拡散方程式を考え、それぞれにディリクレ型の境界条件を課し、解析を行うことができた。特に、それぞれの方程式には、微視的領域の自由境界問題の解の巨視的変数に関する微分が含まれているが、その微分可能性と微分の評価を導出した。こうした微視的領域における関数の巨視的領域における微分可能性を示すことができたことは、二重尺度法を用いた数理モデルにおける新たな観点・進展であると考えている。以上のことから、二重尺度法に対する重要な結果や新たな観点を導くことができ、中性化現象を表す数理モデルの解の存在に向けて必要な結果を見出すことができた。次年度は、本研究の目的である中性化現象を表す数理モデルの解析を行う。平成31年度においては、上述の達成度評価に基づき、前年度達成できていない中性化現象を表す数理モデルの解析、及び当該年度に予定している解の時間大域的挙動に関する解析を行う。本年度の活動計画は、以下のようである。前半期は、水分と二酸化炭素の輸送モデルからなる中性化現象を表す数理モデルの時間局所の存在を示すことから着手する。その方法として、水分の輸送モデルと二酸化炭素の輸送モデルをつなぐ解写像を作り、不動点定理を用いることが最も有効であると考えている。こうした方針において、例えば、水分の輸送モデルを構成する自由境界問題の解のエネルギー評価には、巨視的領域における相対湿度の拡散を表す準線形放物型方程式の解の高い正則性が必要となる。こうした高い正則性を実現するためには、支配方程式である準線形放物型方程式の外力項が高い正則性を有していなければならないが、この外力項には、二酸化炭素の輸送モデルの解が含まれている。そのため、二酸化炭素の輸送モデルを構成する方程式の性質から、その解の高い正則性を示すことができない可能性がある。その際には、微視的領域と巨視的領域をつなぐ条件を滑らかな関数を用いて緩和するなど、仮定や条件を見直すことで自由境界問題の解のエネルギー評価を行い、数理モデルの時間局所解の構成を行う。後半期においては、解の時間大域的存在と挙動に関する解析を行う。解の時間大域的な存在においては、本年度得られた研究をふまえ、時間局所解の延長による方法によって構成することを試みる。上記の研究においては、中性化現象を解析している日本女子大学の愛木豊彦教授とスウェーデン・カールスタッド大学のAdrin Muntean教授と交流し、先に述べた微視的領域と巨視的領域における接合条件の緩和など、仮定や条件の見直しに対する物理的妥当性を検討しながら研究を進めていく。

本研究は、建造物の持続性を損なう亀裂を引き起こす原因である中性化現象について、水分や二酸化炭素といった化学物質を用いた3次元数理モデルの適切性を示すことを目的としている。本年度は、中性化現象の原因である水分に関する輸送モデルの解析を行った。水分の輸送モデルは,相対湿度に関する準線形放物型方程式であり、相対湿度と飽和度の関係がヒステリシスとなるという実験結果と間隙率(中性化過程における細孔の変化を表す)を取り入れている。本年度に得られた結果は、次の通りである。従来、相対湿度と飽和度とのヒステリシスの関係は、相対湿度を入力、飽和度を出力とする微分包含によって表されていたが、相対湿度に対する飽和度の連続依存性が十分ではなく、間隙率を含んだ場合や、二酸化炭素の輸送モデルを加えた中性化現象全体を表すモデルの適切性を示すことが困難であることがわかった。一方で、長岡高専の佐藤氏、日本女子大学の愛木氏らが、多孔質媒体内の1つの細孔における相対湿度と飽和度との関係を1次元の自由境界問題として記述し、相対湿度と飽和度との十分な連続依存性だけでなく、数値計算により、その関係がヒステリシスのような振る舞いをすることを示した。そこで、この手法を導入し、多孔質媒体(巨視的領域)の各点に微視的領域における自由境界問題が付随していると考えることで、新しい水分の輸送モデルを導出した。この新しい輸送モデルの適切性を考察するため、まず、飽和度を表す自由境界問題に対して、相対湿度を予想される正則性を持った関数として与え、時間大域的な解の存在と一意性を示した。また、相対湿度の持つ解の高い正則性をうまく利用し、飽和度の巨視的領域の空間変数に対する可則性と与えられた相対湿度に対する飽和度の連続依存性を証明した。この結果を用いて、水分の輸送モデルに対する時間局所解の存在と一意性を示すことに成功した。本年度は、中性化現象を表す3次元数理モデルにおいて、細孔の変化を間隙率によって表し、それらを取り入れた水分の輸送モデルの解析をすることが当初の目標であった。間隙率を取り入れた水分の輸送単独の解析では、解の存在や一意性を得ることができたが、相対湿度と飽和度とのヒステリシスの関係による弱い連続依存性のため、二酸化炭素の輸送モデルを組み合わせたときに中性化現象全体を表す数理モデルの適切性を示すことが困難であることがわかった。そこで、多孔質媒体の1つの細孔における相対湿度と飽和度との関係を自由境界問題として記述する方法を採用し、多孔質媒体の各点に付随した微視的領域における相対湿度と飽和度との自由境界問題を考えることで、本来の水分の輸送モデルの見直しを図った。今回の巨視的領域と微視的領域に分けてモデルを考えるという手法は、中性化現象だけでなく、様々な自然現象・物理現象を考察する上での新しい枠組みであり、計画当初では予想できなかった展開である。この新しい水分の輸送モデルでは、間隙率は無視しているものの、微視的領域における飽和度の巨視的領域の空間変数に対する可則性と相対湿度に対する連続依存性を用いて、時間局所解の存在と一意性を示すことができた。この新しいモデルにおいては、相対湿度と飽和度との十分な連続依存性を得ることができるため、二酸化炭素の輸送モデルを組み合わせた中性化現象を表す数理モデルの適切性が証明できると予想される。
歯槽骨再建に及ぼすエムドゲインの作用機序の解明

エムドゲイン(enamel matrix derivative:EMD)は、ヒト歯根膜由来(HPDL)細胞の歯根面への接着を促進することが知られているが、EMDに含まれるどのような成分が細胞接着を促進させるのかについては明らかにされていない。そこで、EMD中の細胞接着因子を明らかにするとともに、細胞側の受容体としてどのtypeのintegrinが接着因子との結合に関わっているのかを調べた。その結果、EMDを塗布した歯根面へのHPDL細胞の接着は、EMD中のbone sialoprotein様分子とintegrin αvβ3との相互作用によって促進されることが示唆された(J Periodontol 72,2001)。EMDは、無細胞セメント質および歯槽骨再生を促すことが臨床的に報告されている。同様の所見は、in vitroにおいてもHPDL細胞の増殖、細胞外マトリックスタンパク合成および石灰化物形成を増加させることが報告されている。しかし、EMDが未分化間葉系細胞の分化にどのような影響を及ぼすのかについては明らかにされていない。そこで、多分化能を有するC2C12細胞を用いて、骨芽細胞、軟骨細胞、筋細胞および脂肪細胞の分化マーカー遺伝子発現を指標にして、C2C12細胞の分化に及ぼすEMDの影響について調べた。その結果、C2C12細胞は、EMD添加によってdesmin、MyoDおよびlipoprotein lipase発現が抑制された。一方、骨型alkaline phosphatase、osteocalcinおよびtype X collagen発現は、EMD添加によって有意に上昇した。これらの結果から、EMDはC2C12細胞の筋芽細胞および脂肪細胞への分化を抑制し、骨芽細胞あるいは軟骨細胞への分化を促進させることが示唆された。また、この分化誘導には、EMD中の骨誘導因子(BMP)様タンパクが関与していることが示唆された(J Periodontol 73,2002)。近年、β-alamineとL-histidineとのdipeptide(carnosine)に亜鉛が結合したβ-alanyl-L-hisitidinatozinc(AHZ)が、骨形成を促進させることが報告され、EMDとともに歯槽骨再建への応用が期待されている。そこで、HPDL細胞を用いて細胞分化に及ぼすAHZおよびcarnosineの影響を調べた。その結果、AHZはHPDL細胞中の未分化間葉系細胞を骨芽細胞に、carnosineは骨芽細胞あるいは軟骨細胞に分化誘導させることを認めた。また、その作用機序は、HPDL細胞自身が産生するBMP-2およびBMP-7を介するautocrine作用によって、転写因子RUNX2/CbfalあるいはSOX9の発現を増加させることを明らかにした。これらの結果から、AHZおよびcarnosine添加による未分化間葉系細胞の骨芽細胞あるいは軟骨細胞への分化には、リガンドとしてBMPが深く関与していること、またAHZはEMDと同様に歯槽骨再建促進剤として有用であることが示唆された(Dent Jpn 39,2003; Life Sciences 74,2004; J Periodont Res 39,2004)。

その結果、AHZはHPDL細胞中の未分化間葉系細胞を骨芽細胞に、carnosineは骨芽細胞あるいは軟骨細胞に分化誘導させることを認めた。また、その作用機序は、HPDL細胞自身が産生するBMP-2およびBMP-7を介するautocrine作用によって、転写因子RUNX2/CbfalあるいはSOX9の発現を増加させることを明らかにした。これらの結果から、AHZおよびcarnosine添加による未分化間葉系細胞の骨芽細胞あるいは軟骨細胞への分化には、リガンドとしてBMPが深く関与していること、またAHZはEMDと同様に歯槽骨再建促進剤として有用であることが示唆された(Dent Jpn 39,2003; Life Sciences 74,2004; J Periodont Res 39,2004)。本実験には、要抜去と診断された4人の被験者の歯根膜片から外生した歯根膜細胞(HPDL)をさらに5代継代培養して用いた。(1)種々の濃度のエムドゲイン(enamel matrix-derived protein:EMD)をコートしたマイクロプレートにHPDLを播種して3時間加温後にプレートに付着した細胞数を測定したところ、EMD濃度依存的に付着した細胞数は増加した。次に、一定濃度のEMDをコートしたプレートとコートしなかったプレートにそれぞれHPDLを播種して30120分加温後に同様に付着した細胞数を測定した。その結果、EMDコート群では30分後に大部分の細胞が付着したのに対して、非コート群では120分後でも50%の細胞しか付着しなかった。これらの結果から、EMD中には、HPDLの歯根面への接着を促進する因子が含まれていることが明らかになった。(2)EMDをコートしたマイクロプレートに、あらかじめ種々の抗integrin抗体で加温前処理したHPDLを播種して付着細胞数を測定した。その結果、抗integrin αvβ3抗体で前処理したHPDLの接着が顕著に低下した。次に、HPDLを種々の細胞接着ペプチドで前処理後、同様の実験を行ったところ、GRGDSP配列を含むペプチドによって接着が顕著に低下した。これらの結果から、EMDをコートした歯根面へのHPDLの結合には、EMD中のGRGDSP配列を有するタンパク質とHPDL膜にあるその受容体のintegrin αvβ3が深く関与していることが示唆された。以上の結果から、EMDを添加した歯根面へのHPDLの接着は、EMD中のBSP様分子とintegrin αvβ3の相互作用によって促進されることが示唆された。目的:未分化間葉系株化細胞(C2C12細胞)の細胞分化に及ぽすenamelmatrix derivative(EMD)の影響を,筋細胞,骨芽細胞,軟骨細胞および脂肪細胞の分化マーカーとなるタンパクあるいは遺伝子発現を調べることによって明らかにすること。結論:EMDはC2C12細胞の筋芽細胞および脂肪細胞への分化を抑制し,骨芽細胞あるいは軟骨細胞への分化を促進することが示唆された。
イオンサイクロトロン波帯における速波電流駆動用アンテナの研究

本研究では、エネルギー問題の有力な解決方法である核融合発電を実現するために、現在最も研究が進んでいるトカマク型核融合炉の定常運転に必要な、速波電流駆動用進行波型アンテナの開発及びアンテナから放射された速波の伝搬特性に関する研究を行った。まず、昨年度開発した進行波コムラインアンテナ用結合計算コードの改良拡張を行い、本研究代表者が提案した進行波型スパイラルアンテナの結合特性の評価を行った。その計算コドを用いて両アンテナの結合特性の比較を行った結果、トロイダル方向には進行波だが、ポロイダル方向には定在波を用いる従来のコムラインアンテナに比べて、トロイダル方向のみならずポロイダル方向にも進行波を用いるスパイラルアンテナの方が、トロイダルプラズマの電流駆動にとって有害な表面波モードを励起しにくいことが判明した。また、JFT-2Mのポートサイズに合わせて設計、製作した高周波試験用スパイラルアンテナの電磁界分布測定を行い、ほぼ設計通りに遅波回路が製作できていることを確認した。次に、日本原子力研究所の非円形断面トカマク型核融合実験装置JFT-2Mにて、進行波型アンテナを用いた速波のビート波励起実験を行い、200.05MHzおよび199.95MHzの2つの速波を励起することで、進行波型アンテナから放射された波が100kHzのビート波を作ることを周辺の磁気プローブにより確認し、プラズマ内部のビート波の作るPonderomotive Potentialを350keVのタリウムイオンを用いた重イオンビームプローブを用いて世界で初めて測定することに成功した。同一のアンテナから放射されたほとんど同一の周波数を持つ2つの速波は、ほとんど同じ軌跡で伝搬するため、ビート波の電磁界分布が測定できると言うことは、プラズマ中の速波の電磁界分布の測定が可能であることを意味する。本研究では、エネルギー問題の最も有力な解決方法である核融合発電を実現するために、現在最も研究が進んでいるトカマク型核融合炉の定常運転に必要な、速波電流駆動用進行波型アンテナの研究を行った。本科学研究補助金は、追加採択分として12月25日に交付されたために、今年度は進行波型アンテナ用計算機コードの開発、進行波型アンテナを用いたビート波励起実験の検討、高周波計測器等の購入等を行った。まず、本年度より日本原子力研究所の非円形断面トカマク型核融合実験装置JFT-2Mとの協力研究を立ち上げ、進行波型アンテナを用いた速波のビート波励起によるトロイダルアルフベン固有モードの外部励起実験の検討を行うと同時に、進行波型アンテナ用に結合コードの改良拡張を行った。基になったプラズマ-アンテナ結合コードは、従来から日本原子力研究所でJT-60用ICRFアンテナのプラズマ結合特性の解析に用いられてきたコードであるが、今回の改良では、現在JFT-2Mの真空容器内に設置されたコムラインアンテナの電流分布を模擬し、先端開放型の12本アンテナアレイ上を、トロイダル方向に減衰しながら伝搬する進行波電流を複素伝搬定数で表現し、アンテナからの放射に伴うアンテナ電流の減衰を考慮に入れながら結合計算を行った。その結果、進行波型アンテナではプラズマとの結合が良好な場合ほど、放射電力の波数スペクトルが鈍化する事が判明し、電流駆動効率が低下することが推測された。従って、進行波型アンテナを用いる際には、従来のループアンテナとは逆に、プラズマをアンテナから離して結合抵抗を低くし、リング共振器を用いて給電する方式が最適であることが判った。この特性は、将来の核融合炉でのアンテナの熱負荷軽減に有利に働くと考えられ、更なる進行波型アンテナの優位性が確認された。

本研究では、エネルギー問題の有力な解決方法である核融合発電を実現するために、現在最も研究が進んでいるトカマク型核融合炉の定常運転に必要な、速波電流駆動用進行波型アンテナの開発及びアンテナから放射された速波の伝搬特性に関する研究を行った。まず、昨年度開発した進行波コムラインアンテナ用結合計算コードの改良拡張を行い、本研究代表者が提案した進行波型スパイラルアンテナの結合特性の評価を行った。その計算コードを用いて両アンテナの結合特性の比較を行った結果、トロイダル方向には進行波だが、ポロイダル方向には定在波を用いる従来のコムラインアンテナに比べて、トロイダル方向のみならずポロイダル方向にも進行波を用いるスパイラルアンテナの方が、トロイダルプラズマの電流駆動にとって有害な表面波モードを励起しにくいことが判明した。また、JFT-2Mのポートサイズに合わせて設計、製作した高周波試験用スパイラルアンテナの電磁界分布測定を行い、ほぼ設計通りに遅波回路が製作できていることを確認した。次に、日本原子力研究所の非円形断面トカマク型核融合実験装置JFT-2Mにて、進行波型アンテナを用いた速波のビート波励起実験を行い、200.05MHzおよび199.95MHzの2つの速波を励起することで、進行波型アンテナから放射された波が100kHzのビート波を作ることを周辺の磁気プローブにより確認し、プラズマ内部のピート波の作るPonderomotive Potentialを350keVのタリウムイオンを用いた重イオンビームプローブを用いて世界で初めて測定することに成功した。同一のアンテナから放射されたほとんど同一の周波数を持つ2つの速波は、ほとんど同じ軌跡で伝搬するため、ビート波の電磁界分布が測定できると言うことは、プラズマ中の速波の電磁界分布の測定が可能であることを意味する。
鉄およびコバルト触媒の特長を活かした弱い求核剤を用いるカップリング反応の開発

私は昨年度までに,当初計画していた鉄やコバルト触媒ではなく,低原子価のルテニウム錯体を用いることで目的とする反応の開発に成功した.そして、[Cp^*Ru(MeCN)_3]OTfを触媒として用いることでアリールトリフラートをハロゲン化アリールへと変換することが可能であることも見つけていた.今年度はまず,アリールトリフラートをハロゲン化アリールへと変換するに有効であった[Cp^*Ru(MeCN)_3]OTfがアルケニルトリフラートに対し非常に高い活性を示し,温和な条件,短時間でハロゲン化アルケニルへと変換できることを見つけた.さらに,アルケニルトリフラートだけではなく,より求電子性が低く安定なアルケニルトシラート,ジフェニルスルホナートも変換可能であった.また,アルケニルトリフラートがアリールトリフラートよりも著しく反応性が高いことや,立体化学の情報に加え,アリールおよびアルケニルトリフラートの置換基の反応性への影響などを調べることによって反応中間体に関する知見を得た。その結果,アルケニルトリフラートの変換反応は1-ルテナシクロプロペンまたは|^2-アルケニルルテニウム中間体を経ているのに対し,アリールトリフラートの変換反応は|^1-アリールルテニウム中間体を経て反応が進行しているらしいということがわかった.特に,1-メタラシクロプロペンまたは|^2-アルケニルメタル中間体を経るような形式でアルケニルトリフラートを活性化するような遷移金属触媒反応は過去に例がなく,ルテニウム錯体の新しい性質を発見した学術的意義は大きいと言える.また,アリールおよびアルケニルトリフラートをハロゲン化物へと変換する反応を用いれば,フェノールやカルボニル化合物といった入手容易から簡便にハロゲン化アリール,アルケニルといった有用な合成中間体を合成できるため,この研究成果は,有機合成の観点からも価値のあるものと考えられる.研究計画に従い,鉄あるいはコバルト触媒を用いてハロゲン化リチウムを求電子剤とし,アルケニルトリフラートをハロゲン化アルケニルへと変換する反応を試みたが,残念ながら鉄触媒では全く反応は進行せず,コバルト触媒も非常に低い収率だった.しかし,様々な反応条件を検討する中でこの反応が低原子価のルテニウム触媒として用いることで高収率で進行することを見つけた.遷移金属触媒を用いて炭素-ハロゲン結合を形成する反応の例は少なく,アルケニルトリフラートをハロゲン化アルケニルに変換する反応は過去に知られていない.さらに,この反応に必要な試薬は入手容易なものばかりであり,収率も非常に高いため実用的であり,価値の高い成果といえる.塩素化,臭素化,ヨウ素化のいずれの反応にも適用可能であり、求電子剤も幅広く鎖状,環状のアルケニルトリフラートを用いることが可能である.この反応を用いることで,ハロゲン化アルケニルの合成が対応するケトンから2ステップで行うことができ,特に非対称なケトンから位置選択的な合成が可能である点で,従来の合成法より優れている.さらに,ハロゲン化物イオンとの反応だけではなく,亜鉛チオラートを求核剤としたカップリング反応も発見した.ルテニウム触媒を用いた炭素-硫黄結合のカップリング反応は過去に例がない.以上の様に鉄やコバルトを触媒として用いるという計画からはずれてしまったが,ルテニウム触媒の新たな性質を発見したこと,さらにアルケニルトリフラートのハロゲン化という新しい反応の開発に成功したことは大変意義のある成果といえる.私は昨年度,研究目標のひとつであったアルケニルトリフラートをハロゲン化アルケニルへと直接変換する反応の研究を行い,計画していた鉄やコバルトではなく,低原子価のルテニウム錯体が高い触媒活性を示すことを発見した.その知見を活かし,今年度は,今まで達成できていなかったアリールトリフラートをハロゲン化アリールへと変換する反応の検討を行い,新たに[Cp^*RuCl]_4を用いることで収率良く簡便に臭化アリールおよびヨウ化アリールを合成できることを発見した.パラジウム触媒を用いた同様の反応が2010年に報告されたが,量論量のアルキルアルミニウムを用いる必要があり,収率も高くないうえ,ヨウ化アリールの合成ができないという欠点があり,簡便さ,官能基耐性,収率,ヨウ化アリールの合成が可能であるといった点で私が開発したルテニウム触媒を用いた反応は優れているといえる.この反応を用いれば,フェノールから簡便にハロゲン化アリールを合成することができ,それらはGrignard反応剤などの求核剤に変換したり,ラジカル反応に用いたりすることで幅広く合成に用いることができるため,大変有用な反応と考えられる.また,このような反応は,上述したパラジウム触媒を用いたもの以外に報告例がなく,新規性が高いことからも重要な研究成果といえる.現在のところ反応機構については明らかにできていないが,今までsp^2炭素-(擬)ハロゲン結合の変換反応にあまり用いられてこなかったルテニウム錯体の新たな性質を見出した意義は大きいと思われる.私は昨年度までに,当初計画していた鉄やコバルト触媒ではなく,低原子価のルテニウム錯体を用いることで目的とする反応の開発に成功した.そして、[Cp^*Ru(MeCN)_3]OTfを触媒として用いることでアリールトリフラートをハロゲン化アリールへと変換することが可能であることも見つけていた.今年度はまず,アリールトリフラートをハロゲン化アリールへと変換するに有効であった[Cp^*Ru(MeCN)_3]OTfがアルケニルトリフラートに対し非常に高い活性を示し,温和な条件,短時間でハロゲン化アルケニルへと変換できることを見つけた.

さらに,アルケニルトリフラートだけではなく,より求電子性が低く安定なアルケニルトシラート,ジフェニルスルホナートも変換可能であった.また,アルケニルトリフラートがアリールトリフラートよりも著しく反応性が高いことや,立体化学の情報に加え,アリールおよびアルケニルトリフラートの置換基の反応性への影響などを調べることによって反応中間体に関する知見を得た。その結果,アルケニルトリフラートの変換反応は1-ルテナシクロプロペンまたは|^2-アルケニルルテニウム中間体を経ているのに対し,アリールトリフラートの変換反応は|^1-アリールルテニウム中間体を経て反応が進行しているらしいということがわかった.特に,1-メタラシクロプロペンまたは|^2-アルケニルメタル中間体を経るような形式でアルケニルトリフラートを活性化するような遷移金属触媒反応は過去に例がなく,ルテニウム錯体の新しい性質を発見した学術的意義は大きいと言える.また,アリールおよびアルケニルトリフラートをハロゲン化物へと変換する反応を用いれば,フェノールやカルボニル化合物といった入手容易から簡便にハロゲン化アリール,アルケニルといった有用な合成中間体を合成できるため,この研究成果は,有機合成の観点からも価値のあるものと考えられる.
形態形成運動時のアクチン線維形成に関わるアクチン調節蛋白質コフィリンの機能解析

コフィリンは分子量20kDのアクチン調節蛋白質であり、近年、細胞の増殖、運動に必須の蛋白質であることが明らかになっている。本研究者は、Xenopusからコフィリンを単離し、その機能について調べ、細胞質分裂に必須であることを明らかにしてきた。しかしながら、初期発生の形態形成運動における機能はまだ明らかではなかった。コフィリンのアクチンへの作用はリン酸化により調節されていることが報告されている。Xenopus胚においても、卵割期ではリン酸化レベルは低く保たれているが、胞胚中期から再びリン酸化レベルの上昇が観察される。そこで形態形成運動時でのアクチン細胞骨格のダイナミクスにコフィリンがどのように関与しているのかを明らかにするために、コフィリンのリン酸化部位変異体を作製し、それらのmRNA及び発現プラスミドを2細胞期の両割球に注入し、その後の胚発生を追跡した。コフィリンのリン酸化部位であるN端から3番目のSerをAlaに換えた活性型コフィリン(A3)、Gluに換えた不活性型疑似リン酸化コフィリン(E3)、及び野生型(WT)のそれぞれのmRNAをin vitroで合成し胚1個あたり5ngを割球に注入したところ、A3の場合でのみ桑実胚以降に卵割の阻害が見られた。そこでmRNAを1ngで注入しその後の胚発生への影響を調べた結果、A3注入胚で嚢胚形成の異常が観察された。この異常胚を固定し切片を抗コフィリン抗体による蛍光抗体法で観察すると、A3変異体の発現が広範囲に見られ、また原腸の形成が阻害されていることが分かった。WT、E3注入胚では、高発現は認められるが、形態形成運動の阻害は全く観察されなかった。同様の結果は発現プラスミドの注入によっても得られ、コフィリンのリン酸化による活性の調節が正常な形態形成運動の進行に必要であることが明らかとなった。
凝集系における状態間遷移を併なう溶質分子動力学の計算機シミュレーション

水溶液中のシアン化物イオンの振動エネルギー緩和に関し、緩和をもたらす溶媒の運動とのカップリングについて詳細に検討した。まず、影響汎関数理論を用いた解析からは、イオンの過剰エネルギーは、1-フォノン過程は寄与できず多フォノン過程により緩和していること、そしてたとえば2-フォノン過程としての2つのノーマルモードへのエネルギー移動は、小数の特定モードの組み合わせへと移動するのではなく、非常に多数のモードの組み合わせが少しずつエネルギーを受け取っているということが明らかとなった。さらに、ノーマルモードからの寄与を分子からの寄与に変換して解析すると、第一水和殻中にあるごく少数の特定の水分子が緩和に大きく寄与しているということが示された。一方、量子古典混合系近似に基づいたシミュレーションからは、溶液中での溶質の溶媒とのカップリングはランダムであり気相におけるような衝突的な短時間で強いカップリングは見られなかった。さらに、カップリングは時間とともに大きく変化しており、固相におけるような定常的な緩和とも大きく異なったものであった。そして、この一見ランダムに見えるカップリングも、ある一定の時間区間で積分するとある一定の緩和の傾向を示すという興味深いふるまいが示された。つまり、時間区間として100fsや500fsオーダーでは依然としてほぼランダムにしか見えないが、12psの区間を考えるとある一定の傾向を持ち、そしてこの程度の時間オーダーで時間とともに緩和速度が変化していっている。この時間オーダーは水和殻の構造の寿命とほぼ同程度のものであり、溶液中における緩和の興味深い特徴を表している。水溶液中のCN^-イオンを例にとって、振動緩和時間に対する溶媒の量子効果について、経路積分影響汎関数理論に基づいた詳細な検討を行った。その結果、溶媒である水分子の量子性により、溶質分子の緩和時間は、1-フォノン過程が約4倍、2-フォノン過程で約8倍、そして3-フォノン過程では約20倍も速くなっていることが示され、極めて大きな量子効果を持っていることが明らかにされた。一方で、溶媒を古典的に取り扱っても、緩和機構、つまり溶質のエネルギーが溶媒のどのような運動モードに受け渡されるかについては、量子的に取り扱った際とほとんど同じ結果を与えた。これらのことから、計算に簡便な溶媒に対する古典近似は、緩和時間に対しては数値的に大きな値を与えてしまい、これを予測値として議論することは困難であるが、緩和機構を研究する上では充分有効であることが示された。上記で得られた知見に従って、量子-古典混合系近似に基づいた解析を同じく水溶液中のCN^-イオンに対して実施し、これには第1水和殻の水が大きく関与していることを明らかにした。さらには、状態緩和とエネルギー緩和の間に見られる差異や、緩和初期においては、個々の一分子測定に基づくと詳細つり合いが成り立たないことなどを見い出した。