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トマトの抗酸化成分増加を目指した複合的環境ストレス下での活性酸素制御技術の開発

トマトのアスコルビン酸(ASA,ビタミンC)および抗酸化システム(活性酸素消去システム)に及ぼす複合的環境ストレスの影響を検討した結果,強光と高温ストレスは塩ストレスと相互作用を示し,その相互作用はストレスの種類によって異なることを明らかにした.さらに,クロロフィルa蛍光誘導期現象が簡便・迅速なストレス評価に利用できることを明らかにした.これらのことから,トマトの抗酸化成分増加を目指した複合的環境ストレスを適切に与え評価するための基礎的知見が得られた.トマトのアスコルビン酸(ASA,ビタミンC)および抗酸化システム(活性酸素消去システム)に及ぼす複合的環境ストレスの影響を検討した結果,強光と高温ストレスは塩ストレスと相互作用を示し,その相互作用はストレスの種類によって異なることを明らかにした.さらに,クロロフィルa蛍光誘導期現象が簡便・迅速なストレス評価に利用できることを明らかにした.これらのことから,トマトの抗酸化成分増加を目指した複合的環境ストレスを適切に与え評価するための基礎的知見が得られた.本年度は,トマトの抗酸化成分増加を達成するための複合的環境ストレス下での活性酸素制御技術の開発(ストレス付与法,栽培法)とそのメカニズムの解明を行うために,in vitro条件下で栽培したトマト果実の抗酸化成分(アスコルビン酸,グルタチオン)および抗酸化システムにおける塩ストレスと光条件の相互作用について検討した.果実は,暗黒,弱光および強光条件下においてin vitro培養し,培地に100 mM NaClを添加することで塩ストレスを与えた.実験の結果,強光条件では暗黒および弱光条件よりアスコルビン酸含量が上昇するが,強光条件に塩ストレスが加わると逆に減少することが明らかとなった.一方,グルタチオン含量は,光条件および塩ストレスによる影響がなかった.また,強光条件に塩ストレスが加わると活性酸素の消去システム(アスコルビン酸-グルタチオンサイクル)に関わる抗酸化酵素が活性化するにもかかわらず,活性酸素消去に利用されたアスコルビン酸を再生するシステムが十分に働かないことが明らかになった.一方,暗黒,弱光条件ではこれらの反応が生じないことが明らかになった.これらのことから,強光条件における塩ストレスによるアスコルビン酸含量の低下は,果実内で活性酸素の生成が高まり,この活性酸素消去のためにアスコルビン酸が利用されたためと考えられた.これらの結果から,本研究結果は,トマト果実のアスコルビン酸含量と活性酸消去システム(アスコルビン酸-グルタチオンサイクル)は塩ストレスと光条件との相互作用によって影響を受けることを示唆しており,実際の栽培現場においては光条件と塩ストレスを適切に組み合わせることがトマト果実のアスコルビン酸含量の向上には重要であることを示している.本年度は,温度条件と塩ストレスの相互作用がトマト果実の抗酸化成分および抗酸化システムに与える影響およびストレスの影響を検出するためのストレス指標の検討を行った.まず,温度条件として供試植物を25°C,30°C下で栽培しそれらに塩ストレスを付与した.その結果,植物がストレスにさらされたときに上昇することが知られている脂質過酸化物含量は,25°C下より30°C下の果実において影響が強く生じ,温度条件と塩ストレスの相互作用が明らかになった。今後,これらの相互作用の生じたメカニズムを解明するために果実の抗酸化システムの測定を行う予定である.また,ストレスの影響を検出するためのストレス指標の検討として,さまざま温度ストレスおよび塩ストレス下の葉および果実においてクロロフィル蛍光誘導期現象を測定した.その結果,葉と果実およびストレスの種類によって,ストレスに対するクロロフィル蛍光誘導期現象の反応が異なること,クロロフィル蛍光誘導期現象からさまざまなパラメーターを算出することによって明確にストレスの影響が区別できることが明らかになった.これらのことから,昨年度までに明らかにした光と塩ストレスの相互作用に関する知見に加え,温度条件と塩ストレスとの相互作用も,トマトの抗酸化成分増加を達成するための複合的環境ストレスにおいて重要であることが明らかになった.今後は,これまでに得られた知見と本年度得られた知見を組み合わせトマトの抗酸化成分増加を達成するための複合的環境ストレス下でのストレス付与法,栽培法およびそのメカニズムについて解明する予定である本年度は,高温と塩の複合ストレスがトマト果実の抗酸化成分含量および抗酸化システムに及ぼす影響を明らかにするとともに,ストレス指標から抗酸化成分および代謝産物変化の予測技術確立を目的とした.具体的には以下の結果が得られた.1.高温と塩の複合ストレスを与え,果実の活性酸素生成,抗酸化成分含量,活性酸素消去システムの変化を測定した.この結果,未熟果および完熟果において抗酸化成分の一種であるアスコルビン酸(ビタミンC)含量は,高温と塩ストレスの相互作用によって相乗的に上昇することが明らかになった.しかしながら,アスコルビン酸と関連する抗酸化酵素活性は,塩ストレスに関係なく高温によって高まるもの,塩ストレス単独より高温と塩ストレスの相互作用により高まるもの,影響のないものが認められ,アスコルビン酸含量の変化と一致しなかった.これらのことからアスコルビン酸含量は,塩ストレスと高温ストレスの相互作用によって上昇するが,その変動カニズムは果実内の抗酸化システムに起因しないことが示唆された.2.高温期(夏期)に塩ストレスを与え様々なストレス指標ならびに抗酸化成分(リコペン,アスコルビン酸)と代謝産物(糖,有機酸,アミノ酸)の変化を測定し,それらの相関ネットワーク分析を行った.この結果,いくつかのストレス指標から抗酸化成分と代謝産物の変動が予測できることが明らかになった.これらのことから,昨年度までに明らかにした光と塩ストレスの相互作用に関する知見に加え,温度(高温)条件と塩ストレスとの相互作用もトマトの抗酸化成分増加を目指した複合的環境ストレスにおいて重要であることが明らかになった.

さらにストレスによる抗酸化成分や代謝産物の変動はネットワーク分析を用いることで予測可能であることが示唆され,今後の応用面に期待できる結果が得られた.
非線形超音波成分の検出によるボルト-ナット締結状態の評価に関する研究

本研究では,ボルト締結時のボルト締結状態を評価するために,有限振幅超音波をボルトに入射させ2次高調波成分の検出を行った.発生した2次高調波の検出を効率良く受波するため,圧電振動子の接着位置をナットの側面として透過法により超音波を送受波した.音響試料は鉄製の六角ボルトであり,ディジタルトルクレンチを用いてトルクを負荷した.締結前後で2次高調波が10 dB程度増加することが確認できた.この発生源は,ボルトとナットのネジ山間の接触面積が増加したことにより,接触部でContact Acoustic Nonlinearityが生じたものと考えられる.また,締結により,ボルトが塑性変形したため,2次高調波が増加した可能性も考えられる.なお,これらの結果は,これまでの研究で行っていた,ボルト頭部からの送受波結果と一致している.さらに,軸力に対する2次高調波の増加分について検討した結果,最適とされる軸力の前後で増加分に変化があることを確認した.よって,締結時に2次高調波を検出することでボルトの締結状態の評価を行える可能性を示すことができた.本研究では,ボルト締結時のボルト締結状態を評価するために,有限振幅超音波をボルトに入射させ2次高調波成分の検出を行った.発生した2次高調波の検出を効率良く受波するため,圧電振動子の接着位置をナットの側面として透過法により超音波を送受波した.音響試料は鉄製の六角ボルトであり,ディジタルトルクレンチを用いてトルクを負荷した.締結前後で2次高調波が10 dB程度増加することが確認できた.この発生源は,ボルトとナットのネジ山間の接触面積が増加したことにより,接触部でContact Acoustic Nonlinearityが生じたものと考えられる.また,締結により,ボルトが塑性変形したため,2次高調波が増加した可能性も考えられる.なお,これらの結果は,これまでの研究で行っていた,ボルト頭部からの送受波結果と一致している.さらに,軸力に対する2次高調波の増加分について検討した結果,最適とされる軸力の前後で増加分に変化があることを確認した.よって,締結時に2次高調波を検出することでボルトの締結状態の評価を行える可能性を示すことができた.著者らは,非線形超音波の一つである2次高調波を検出するための二層型圧電振動子を用いたシステムを構築し,ボルト締結時に発生する2次高調波検出について検討してきた.ボルト締結前後で10dBだけ2次高調波検出量が増加する結果が得られている.しかし,これまでに用いた方法ではボルトの頭部から超音波を送受波するシステムのため,ボルト頭部が機械構造物中に隠れている場合などでは評価が困難となる.そこで,今年度はナットから超音波を送受波する方法を提案し,ボルト締結状態評価システムへの可能性を検討した.ボルト締結前(軸力0kN)と,ボルト締結後(軸力20kN程度)で受波波形とそのスペクトルをそれぞれ比較すると,ボルト締結前後で2次高調波が10dB程度増加していることが確認できた.ボルト締結前では,ボルト-ナットのネジ山間の接触面が十分に開いている状態であり,2次高調波は基本波に比べて-30dB程小さい値しか発生していない.一方,ボルト締結後では,ボルト-ナットのネジ山間の接触状態が変化し,CANが起こる状態となったと考えられる.そのため2次高調波が発生し,締結前よりも10dB程度増加したものと考えられる.さらに,この実験と同時に,著者らのこれまで報告しているボルトの頭部からの超音波を送受波する手法で計測したところ,締結前後で同様に2次高調波の増加することが確認された.これらの結果より,ナット部とボルト頭部のどちらから超音波を送受波しても,同様の結果が得られる可能性を示すことができた.送受波位置を選択でき,実用化に向けて制限が緩和されたといえる.申請者は,非線形超音波を用いた新しいボルト締結評価に関して研究を行なっている.これまでの研究で,ボルトを締結することにより非線形超音波成分の一つである2次高調波が増加することを確認した.さらに,超音波の検出位置をボルト頭部とナット側面のそれぞれで行ない,どちらも同様に検出が可能であることを明らかにした.当該年度では,超音波の音圧とトルク,そして2次高調波の検出量の関係について検討した.その結果,音圧の増加とともに2次高調波が増加するが,その増加分はトルクが小さい時ほど木きく,一方,トルクが大きい場合では増加分が小さくなることが,複数回の実験で明らかとなった.トルクが大きい場合では,ボルトーナットのネジ山接触面に加わっている軸力も大きいため,そ晒を開閉させるだけの超音波音圧も大きくする必要があると考えられる.このように,音圧を変えることで,ボルトが締まっているか緩んでいるかなどの,締結状態の把握が行なえる可能性を示すことができた.また,音圧を一定として,トルクを変化させた場合について検討した.その結果,トルクの増加とともに2次高調波も増加することが確認された.さらに,あるトルクを境に2次高調波増加量が大きくなっている(グラフの傾きが大きくなっている)ことが検定により確認された.

その境がおよそ適正締め付けトルク付近であることもわかった.適正より小さいトルクでは,接触による2次高調波の発生のみである一方,適正より大きいトルクでは,接触によるもの加えて塑性変形による2次高調波も含まれるため,傾きが大きくなったと考えられる.傾きを評価することで,正しく締結できたかどうかの判断できる可能性を示すことができ,実用化へつながる結果を示せた.ボルト締結においては,ボルト-ナット間のネジ山接触面や,ボルトと締結体との接触部により,非線形超音波が発生することが考えられる.また,ボルトを締結することにより,ボルトが塑性変形するため,塑性変形でも非線形超音波が増加することが予想される.本研究では,超音波の非線形効果を利用して,ボルト-ナットの締結状態の検査法の新しい分野を開拓することを目的としている.本年度は,特にボルトの形状に非線形超音波の発生が影響するかどうか検討した.昨年までの実験では,直径が12mmのボルト(M12)を用いていた.今年度は直径を6mm10mm(M6M10)まで変えて検討した.その結果,2次高調波が発生することが確認できた.一方,軸力の増加に伴って2次高調波も増加する現象は,M12のように明らかに増加する現象が確認できなかった.この原因として,ネジの直径が変化することによりネジ山の接触面積が変わるため,非線形振動を起こす面積も変化していると考えられるためである.この点については,次年度以降に引き続き検討する予定である.また,本実験を行う上で,超音波探触子と試料の接触面においても2次高調波が発生してしまう.この2次高調波はボルト締結評価において不要な成分であり,発生を抑制する必要がある.この手法として,ガラス同士を接着させて2次高調波抑制を試みた.その結果,4MPa程度の圧力を接触面に印加することで40dB程度の2次高調波の低減が可能であることがわかった.さらに,高分子接着フィルムで接着することにより50dB程度低減できた.今後は,これらの手法を用いて探触子の接着を試みる予定である.トルクや軸力と,発生する2次高調波の関係について明らかとなった.さらに,本評価法に用いる音響結合剤についても検討中であり,おおむね順調に進展していると考えられる.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は主として,ボルトとナットの界面を模擬した斜面を有する固体試料に有限振幅超音波を入射し,非線形振動により発生する2次高調波の検出実験を行う.音圧と2次高調波の発生量についての関係を明らかにし,ボルト・ナット締結で起こっている現象を推定する.また,ボルトの長さや材料を変化させ,本手法の普遍的検討を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
X線レーザーの偏光制御技術の実用化

本研究の目的は、MoとSiから成る反射型多層膜鏡がレーザープラズマ励起に基づくX線レーザー(XRL)光源(波長13.9 nm)に対して移相子(四分の一波長板(λ/4板))として機能すること、及びこれを用いてXRLの偏光を制御し、円偏光化できること実証することである。これの実現のために、多層膜移相子の設計・製作、放射光源による移相子の偏光特性評価を行った。更に、XRL光源を用いた検証実験を行い、円偏光XRL光源を実現できたことを確認した。本研究の目的は、新規に提案する膜構造を持たせたMoとSiから成る多層膜がレーザープラズマ励起に基づくX線レーザー(XRL)光源(発振波長13.9 nm)に対して反射型の移相子(四分の一波長板(λ/4板))として機能すること、及びそれを用いてXRLの偏光状態を制御し、円偏光化できること実証することである。これを実現するために、(1)反射型多層膜移相子の設計・製作、(2)シンクロトロン放射光源(SR)による移相子の偏光特性評価、(3)反射型移相子による円偏光XRL生成の実証を行った。(1)では、多層膜移相子の構成物質や構造等について理論的検討を行い、典型的な等周期Mo/Si多層膜鏡の表面近傍にあるMo厚を薄くすることで、反射型のλ/4板(sとp偏光間に位相差90度、反射強度比1)として機能することをシミュレーションにより見出した。この膜構造をイオンビームスパッタリング法により製作し、X線回折パターンから膜厚を評価した結果、設計通り(誤差±0.2%以下)に成膜出来ていることを確認した。また、偏光計測に必要な反射型偏光子(アナライザ)も同様の方法で作製・評価した。(2)では、波長13.9 nmのSRを用いて、回転検光子法に基づく偏光解析法により多層膜の偏光特性(s及びp偏光反射率、位相差等)を評価した結果、反射型のλ/4板として機能していることを実験的に明らかにした(s偏光反射率6.9%、p偏光反射率7.4%、位相差92.9°)。(3)では、XRLビームライン上に設置可能な偏光評価装置を新たに開発した。これに反射型移相子と反射型偏光子を搭載し、XLRを反射させた結果、円偏光度約70%のXRLの生成に成功した。本研究の目的は、新規に提案する膜構造を持たせたMoとSiから成る多層膜が発振波長13.9 nmのX線レーザー(XRL)光源に対して反射型移相子(四分の一波長板)として機能すること、及び本質的に無偏光であるXRLを円偏光化(偏光制御)できること実証することである。従来軟X線領域の多層膜移相子は透過型しかなかったため透過光強度が弱く、このことが当該域の偏光利用研究のボトルネックになっていた。透過型より強い強度が期待出来る反射型を開発できれば、高強度、短パルス、コヒーレントな円偏光XRL光源を発生させ、新たな軟X線ビーム応用の展開を図ることが出来る。そこで、今年度は下記の2つの研究課題項目を実施した。1.反射型多層膜移相子の設計本研究で提案する反射型軟X線多層膜移相子は典型的なMo/Si反射鏡をベースとし、その表面の膜構造を工夫・最適化することで反射型でありながらsとp偏光間に位相差90度を得ることができるようになる。本研究では自作の計算コードを用いて偏光特性をシミュレーションし、膜設計を行った結果、等周期Mo/Si多層膜に、それよりも短周期の同一物質からなる三層膜(約7nm)を積層した場合、入射波長13.9 nmにおいてs偏光とp偏光の反射率がそれぞれ17%、位相差90°(四分の一波長板)を得ることができることが分かった。現在この移相子の設計法について特許出願準備中である。2.反射型多層膜移相子の製作数十ピコメートルオーダでの膜厚制御が可能なイオンビームスパッタリング法により反射型多層膜移相子を作製した。X線回折プロファイル計測により膜構造を評価した結果、設計周期長(20 nm)に対して誤差0.2%以下の精度で作製できていることを確認した。上述に挙げた研究課題項目における目標は全て達成できたと考える。これの主な要因としては、項目1の多層膜の設計においては、多層膜反射鏡の光学特性を計算するための自作のプログラムコードを拡張し、利用することができたためと考える。項目2の多層膜の製作に関しては、所属機関においてイオンビームスパッタリング法に基づく成膜装置及び膜構造評価のための高精度X線回折装置を保有している点が挙げられる。

上述したように、これらを用いて数十ピコメートルオーダでの膜厚制御が可能であり、目的とする多層膜(構造、厚さ、繰り返し数)を作製することができた。更に、多層膜全体の膜構造は不等周期であるが、高エネルギーX線や中性子線用スーパーミラーのように複雑ではないため、標準的な成膜技術及び解析法を適用することが出来たことも大きい。なお、このことは光学デバイスの産業化においてボトルネックとなるコストを抑えるという点でも意義がある。今後の研究推進方策としては、3.シンクロトロン放射光源(SR)による反射型多層膜移相子の偏光特性評価、4.反射型移相子によるX線レーザー(XRL)の偏光計測・制御を実施する予定である。具体的には下記の通りである。3.SRによる移相子の評価イオンビームスパッタリング法により作製した多層膜移相子の偏光特性(s及びp偏光反射率、位相差)を明らかにする。光源として、SR軟X線ビームラインBL-11(立命館大学SRセンター)から得られる波長13.9 nmの単色光を用いる。評価装置は本来研究において開発・整備した軟X線偏光解析装置を用いる。本装置は、回転検光子法に基づく偏光解析法により、光学素子の偏光特性だけでなく、光源の偏光状態(ストークスパラメタ)も明らかにすることが可能である。多層膜移相子の偏光特性は、入射角依存性、入射波長依存性についても評価する。4.XRLの偏光計測・制御反射型多層膜移相子を用いてレーザープラズマ励起に基づく発振波長13.9 nmのXRL光源の偏光状態を円偏光化できることを実証し、偏光XRLの新たな応用研究の展開の可能性を示す。XRLの偏光計測・制御には、上述の偏光解析装置がXRLビームラインの空間的な制約のため利用できない。そのため、ビームライン上に設置可能な小型の偏光計測システムを新たに開発する。更に、ショット毎に異なるXRL強度の規格化方法がこれまでなかったことがXRLの偏光状態の定量評価を本質的に困難にさせていた。これを解決するために、リアルタイムでビーム強度をモニタできる計測ユニットを開発するとともに、考案した仕組みを特許化する。研究費の殆どを次年度計画において中心をなす小型の軟X線偏光計測システム及びリアルタイムビーム強度モニタの開発費として使用する。測定チェンバは既存の多目的チェンバを利用することで開発コストを抑える予定である。
有機亜鉛ア-ト錯体の構造と反応性制御に関する研究

た。この結果は逆の組合せR'_2Zn+RLi→[RR'_2ZnLi]による反応でも変らなかった。ついで、Bu_2ZnとMeLiの量比を2:1から1:4まで順次変化させたPhMe-d_8溶液について温度可変^<13>C NMR測定を行ない、主にメチル基のシグナルの動的挙動を観測した結果、室温では[Bu_2MeZnLi]と[Bu_2Me_2ZnLi_2]が安定種として存在し、他の量比では動的な会合種となっていることを明らかにした。さらに、R_2Zn(R=Me,n-Bu,i-Pr,t-Bu)と当量のMeLiから得られる[R_2MeZnLi]のPhH-d_6溶液の^<13>C NMR(23^0C)測定を行い、メチルシグナルの高磁場シフトを観測した結果、亜鉛ア-ト錯体上の他のアルキル基が及ぼすこのしゃへい効果はt-Bu>i-Pr>n-Bu>Meとなり、アルキル基のI効果の順序と一致することが分った。しかしながら、これと上述のTransfer ratioが一致しない事実は簡単には説明できない。亜鉛ア-ト錯体の合成的有用性を示すためにアルケニル基の選択的共役付加によるプロスタグランジンE_2合成を行った。以下にスキ-ムで示す。た。
Nkx2-5の発現と心筋分化誘導・決定に関わる転写調節因子の同定と解析

本研究では、ES細胞を用いた試験管内分化誘導系を利用して、心筋特異的転写因子Nkx2-5と関連する転写因子の探索・同定・解析を行い、転写調節因子ネットワークによる心筋細胞分化誘導機構の解明をめざすものである。研究代表者は胚様体培養時に一時的に血清を除去することにより、特異的に心筋分化を誘導できることを見出した。この「心筋分化促進条件」に加え、レチノイン酸刺激による「心筋分化抑制条件」および「通常条件」の3つの条件で分化誘導を行い、マイクロアレイ解析による発現遺伝子の網羅的探索を行った。その結果、Nkx2-5と同様なプロファイルで発現する既知および未知の遺伝子が同定され、既知の遺伝子にはMef2c,Myocd,Gata4,Gata5,Hand2などの心臓発生に関わる転写因子が含まれていることがわかった。未知の遺伝子についてマウス胚での発現をin situ hybridizationで調べたところ、ほとんどが心臓領域特異的に発現することがわかり、この抽出方法が心臓発生に重要な転写遺伝子を探索する上で有用であることが確認できた。また、機能未知遺伝子のin vitroでの機能解析をRNAi法にて行うため、short hairpin RNA (shRNA)の発現カセットをHprt遺伝子座に安定的に導入する系を開発し、個体レベルでの解析と合わせて、いくつかの遺伝子についての解析を進めている。一方、胚様体マイクロアレイ解析においてNkx2-5とは異なる発現パターンを示す遺伝子もマウス胚心臓領域で発現することがわかった。そこで遺伝子発現の細胞特異性を詳細に解析するため、マウス9.5日胚の心臓および卵黄嚢の細胞を血管内皮マーカーCD31でセルソーティングしたところ、これらの遺伝子が心臓由来のCD31陽性細胞、すなわち心内膜細胞で発現していることが明らかとなった。これまでに心内膜特異的なマーカーはあまり知られておらず、今回発見したマーカー遺伝子は心内膜と心筋の起源と分化の仕組みを解明する上で有効なツールとなるであろうと考えられた。Nkx2-5の初期胚の心臓原基での発現誘導については心筋の分化誘導を理解する上で重要な手がかりと考えられるが、既知の転写因子やその組み合わせだけで心筋の分化誘導や決定を説明するのはまだ不十分であり、未同定の因子を明らかにすることは、心臓の発生分化・形態形成を細胞レベルのメカニズムとして理解する上で重要である。ES細胞は試験管内で胚様体の形成を通して比較的容易に心筋へと分化し、胚発生における心筋の分化様式をある程度模倣している数少ない試験管内システムの一つである。この「心筋分化促進条件」に加え、レチノイン酸刺激による「心筋分化抑制条件」および「通常条件」の3つの条件で分化誘導を行い、RNAを回収して発現遺伝子についてマイクロアレイ解析を行った。その結果、Nkx2-5と同様なプロファイルで発現する既知および未知の遺伝子が同定され、既知の遺伝子にはNkx2-5以外の心臓発生に関わる転写因子などが含まれていた。機能未知の遺伝子についてマウス胚での発現をin situ hybridizationで調べたところ、ほとんどが心臓領域特異的に発現することがわかった。

一方、short hairpin RNA(shRNA)の発現カセットをハウスキーピング遺伝子であるHprt遺伝子座に安定的に導入する系を開発した。導入されたshRNAにより、外来性(GFP)および内在性(Flk1)の遺伝子が分化後も一貫して抑制されたことから、この方法が未知遺伝子のin vitroでの機能解析に利用できると考えられた。次年度以降はマイクロアレイにて同定した未知の遺伝子についてRNA干渉法を利用した方法で機能解析を進める予定である。本研究では、ES細胞を用いた試験管内分化誘導系を利用して、心筋特異的転写因子Nkx2-5と関連する転写因子の探索・同定・解析を行い、転写調節因子ネットワークによる心筋細胞分化誘導機構の解明をめざすものである。我々は胚様体培養時に一時的に血清を除去することによって得られた「心筋分化促進条件」における発現遺伝子の解折をDNAマイクロアレイ法により網羅的に行い、(1)Nkx2-5と同等の発現パターンを示す遺伝子の多くがマウス胚における心臓領域で発現することを明らかにしてきた。このなかにはMef2c, Myocd, Gata4,Gata5,Hand2,Smydl, Foxcl, Lbh, Smarcdなどの既知の転写因子遺伝子が含まれるが、これらの遺伝子のいくつかはNkx2-5と相互作用し、心臓の形態形成等に影響を及ぼすことがすでに知られている。以上のことからこの抽出方法が心臓発生に重要な転写遺伝子を探索する上で有用であることが確認できた。機能解析の進んでいない遺伝子についてはin vitroRNA干渉法と並行して個体レベルでの解析を進めている。RNA干渉法においては1コピーのshRNA発現カセットによるRNA抑制効果を評価するための系も開発した。一方、「心筋分化促進条件」で発現の上昇しない、(2)Nkx2-5とは異なる発現パターンを示す遺伝子のいくつかもマウス胚心臓領域で発現することがわかった。そこで遺伝子発現の細胞特異性を詳細に解析するため、マウス9.5日胚の心臓および卵黄嚢の細胞を血管内皮マーカーCD31でセルソーティングし、RT-PCRにて遺伝子発現を解析したところ、これらの遺伝子のいくつかは心臓由来のCD31陽性細胞、すなわち心内膜細胞で発現していることが明らかとなった。これまでに心内膜特異的なマーカーはあまり知られておらず、今回発見したCgnll, Dok4は心内膜と心筋の起源と分化の仕組みを解明する上で有効なツールとなるであろうと考えられた。
船舶の遭遇荒天海象の統計的シミュレーション設定法に関する研究

本研究において、船舶が遭遇する荒天海象の発現頻度について、通常考えられないような大きさの波浪、いわゆる異常波(extreme waves)の発現の観点から、その統計的性質を推定する一技法を提示し、その技法に基づく船舶安全性評価の方案を策定することを目的とした。技法開発の骨子は順序統計シミュレーション技法を応用して、異常波浪の統計学的シミュレーション技法の確立を図ることにあった。その方法を利用して、遭遇荒天海象下の船舶安全性評価を行なうことについて、船体応答長期予測プロセスへの組込みの検討ならびに大洋における異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システム開発(海洋調査小型高速艇、海洋ロボット等)の両面から、調査研究を実施した。研究の重点成果は次の三点にまとめられる。[I]長期波浪統計データベースにおける異常波浪の調査により、長期波浪統計データの有効利用の目途が立った。[II]順序統計シミュレーション技法の深化により船齢相当の長期の船体応答予測推定法を確立した。[III]遭遇異常海象下における船舶安全性評価に関連して、異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システム(海洋調査小型高速艇、海中ロボット等)の開発を行った。本研究において、船舶が遭遇する荒天海象の発現頻度について、通常考えられないような大きさの波浪、いわゆる異常波(extreme waves)の発現の観点から、その統計的性質を推定する一技法を提示し、その技法に基づく船舶安全性評価の方案の策定することを目的としている。順序統計シミュレーション技法を応用して、異常波浪の統計学的シミュレーション技法の確立を図った。さらに、その方法が、遭遇荒天海象下の船舶安全性評価に利用できるかどうかについて、船体応答長期予測ならびに大洋における異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システム開発(高速艇利用、ロボット利用)の両面から、調査を実施することを企図した。本年度は、研究の重点を四点に絞り、船舶が遭遇する荒天海象について、通常考えられないような大きさの波浪、いわゆる異常波(extreme waves)の発現に焦点をあて、その統計的性質を計算機に基づくシミュレートにより推定する方案を検討するための予備調査を実施した。[I]衛星情報長期波浪統計データに基づく異常波浪の予備調査を実施した。北・南太平洋、北・南大西洋、インド洋の五大洋についてデータベースを完成した。[II]順序統計シミュレーション技法の応用研究の予備調査を実施した。シミュレーションのための乱数の特性を調査し、技法の応用可能性の指針を示した。[III]遭遇異常海象下における船舶安全性評価に関する研究の予備調査を実施した。荒天下の船体運動特性把握のため小型高速艇船型の系統的調査システムを完成した。[IV]異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システムの予備調査を実施した。海洋計測のためロボット利用を計画しており、海中グライダー、魚類型ロボットの利用可能性を調査し有望であることを確認した。順序統計シミュレーション技法を応用して、稀な海象(異常波浪)の統計学的シミュレーション技法の確立を図った。さらに、その方法が、遭遇荒天海象下の船舶安全性評価に利用できるかどうかについて、船体応答長期予測ならびに大洋における異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システム開発(ロボット利用、高速艇利用)の両面から、調査研究を実施することを企図した。本年度は、研究2年目として重点を三点に絞り、船舶が遭遇する荒天海象について、通常考えられないような大きさの波浪が検知される稀な海象の発現に焦点をあて、その統計的性質をモンテカルロシミュレーションにより推定する方案を構築した。[I]衛星情報長期波浪統計データに基づく稀な海象の発現を調査した。北・南太平洋、北・南大西洋、インド洋の五大洋についてデータベースの充実を図った。[II]順序統計シミュレーション技法の汎用化を検討し、技法の汎用化の可能性の指針を示した。[III]

荒天下の船体運動特性把握のため小型高速艇船型の系統的調査システムを完成し、続いて、異常波浪の海洋物理学的メカニズ海洋計測のためロボット利用について調査し、海中グライダー、魚類型ロボットの開発を行った。本研究において、船舶が遭遇する荒天海象の発現頻度について、通常考えられないような大きさの波浪、いわゆる異常波(extreme waves)の発現の観点から、その統計的性質を推定する一技法を提示し、その技法に基づく船舶安全性評価の方案を策定することを目的とした。技法開発の骨子は、順序統計シミュレーション技法を応用して、異常波浪の統計学的シミュレーション技法の確立を図ることにあった。その方法を利用して、遭遇荒天海象下の船舶安全性評価を行なうことについて、船体応答長期予測プロセスへの組込みの検討のならびに大洋における異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システム開発(海洋ロボット、海洋調査高速艇等)の両面から、調査研究を実施した。本年度は、研究3年目の最終年度として、重点を三点に絞り調査検討を行って、研究成果拡大を図るとともにまとめを行った。[I]長期波浪統計データベースにおける異常波浪の調査により、長期波浪統計データの有効利用の目途が立った。[II]順序統計シミュレーション技法の深化により船齢相当の長期の船体応答予測推定法を確立した。[III]遭遇異常海象下における船舶安全性評価に関連して、異常波浪の海洋物理学的メカニズム解明のための海洋計測システム(海洋ロボット、海洋調査高速艇等)の開発を行った。
古典テキストのデジタル化とデータベース構築・利用支援システムの開発

本研究は,直接的に古典テキストをデータベース化したり,分析することではなく,そのための基礎的なソフトウェアの開発,Web公開のための手法開発である。すなわち,古典研究者が古典テキストに対して情報処理を試みるのに必要な基本的ソフトウェアの整備を目指したものである。すなわち,古典テキストのデジタル化,データベース化を支援するためのソフトウェアの開発,及びデータベースをWeb上で公開するための新しい手法「BB-DB」を開発し,その実現を図った。「BB-DB」はBare Born Databaseの略で,従来のDBMS(Database Management System)をまったく利用しないで,同等の機能,性能を実現したものである。具体的には以下のような項目について研究開発を進めた。1)古典テキスト原典のPDF化に関するフィージビリティ研究2)データベース構築・利用支援ソフトウェアの開発3)日本語・ギリシャ語混在表記ツールの開発5)古今集のパラレル・テキストデータベースの作成本年度は以下のことを行った。(1)古典テキストのデジタル化スキャナで古典テキストを取り込み,PDF(Portable Document Format)型式で蓄積する方法について検討した。PDF型式のデータは,エクスプローラやネットスケープなどのブラウザがあれば,インターネットを介して,どこからでも簡単に利用できるもので,汎用性の高い型式である。スキャナで読み込むときの最適な解像度や,利用上の問題点など,基礎的なことがらについて分析し,古典テキストのデジタル化としてPDFが適しているかどうかのフィージビリティ・スタディを行った。結果としてオリジナルテキストの状態が非常に悪くない限り,十分に実用に耐えると判断できた。(2)データベース構築・利用支援ソフトウェアの開発これまでに開発されている同種のソフトウェアや利用者のニーズに関する調査・分析を行い,開発すべきソフトウェアの構成,機能などについて検討した。まず,調査結果としていえることは,非常に特殊な処理を望まない限り,市販のソフトウェアやフリーウェアを利用することによって,ほとんどの要求は満たされると考えられた。したがって,今後は新規にソフトウェアを開発することは行わず,これらのソフトウェアの調査やその性能・機能の比較,あるいは使いやすさなどに重点をおいて検討していくことにした。1)古典テキスト原典のPDF化に関するフィージビリティ研究2)データベース構築・利用支援ソフトウェアの開発3)日本語・ギリシャ語混在表記ツールの開発5)古今集のパラレル・テキストデータベースの作成
双曲的多様体の剛性と離散群のエルゴード性の研究

低次元トポロジー、擬等角写像の理論、タイヒミュラー空間論、双曲幾何学を使いながら、双曲的3次元多様体の剛性定理、離散群の極限集合上の作用のエルゴード性の研究、リーマン面のタイヒミュラー空間および射影構造の研究に関して成果をあげた。[1]では、リーマン面の射影構造を、展開写像のSchwarz微分により正則2次微分の空間として表現するときのいくつかの注意をあたえた。[2]では、グリーン函数を持たないような双曲的リーマン面に対応するフックス群の特徴づけに関するレビューをした。フックス群のMostow剛性についてのAstala-Zinsmeisterの定理の簡単な証明も紹介している。[3]では、非定数有界調和函数を許容しないリーマン面を、その正規被覆に対応するフックス群の保存性に関する条件で特徴づけた。[4]では、リーマン面のタイヒミュラー空間を普遍タイヒミュラー空間内に実現したとき、面積有限なリーマン面のタイヒミュラー空間の埋め込みが基点の変化に対して離散的であることを証明した。[5]では、有限型リーマン面の射影構造で展開写像が被覆となっている表現に対して、モノドロミ-表現の核が一致するとき、それらの表現は展開写像の像の間の等角写像で共役の関係にあるという基本定理を証明した。[6]では、有限生成クライン群間の代数的同型が幾何学的に誘導されるためのシャープな条件を与えている。但し、論文の番号は上の表に並べた順番にふられている。
量子輸送現象における電子相関の効果に関する理論的研究

[1]量子ドットなどの微小な系の輸送現象では位相の情報と電流の保存の両方が重要となるため、基礎となる理論的枠組み自明でない場合が多い。我々は以前から微小な系の電気伝導に関する線形応答理論に基づく一般的な微視的理論定式を提出しているが、本研究ではこの定式化をさらに発展させ、多体透過係数が実時間における電流演算子の3点相関関数を用いて書き表されることを示した。この表式は、非摂動的アプローチ、数値計算等による輸送現象の研究に適しており、今後の応用の可能性を拡大した。[2]我々は、具体的な例として量子ドットの超格子における電子相関の効果を2次元のHubbardクラスターを用いて調べた。電子間相互作用の2次摂動理論に基づき、絶対零度における電気伝導度を計算し、電子相関の効果による共鳴状態の幅、位置のシフト等について詳細について明らかにし、さらに不純物散乱の影響も調べた。[3]量子ドットに印加されたソース・ドレイン間の電圧が大きく、電流-電圧特性が非線形である領域における近藤効果について調べた。特に、Anderson模型を用い非平衡Green関数の低バイアス極限と高バイアス極限における振る舞いを厳密に導いた。[4]我々はまた、有効な非摂動的アプローチである数値くりこみ群法を、従来適用範囲を超えた多彩な系の研究に拡張する試みに着手した。特に、量子ドットを介したJosephson接合系に適用し、近藤効果と超伝導ギャップ、および位相の競合による量子相転移の詳細な相図を明らかにした。また、ナノ・メータサイズのMott-Hubbard絶縁体の量子輸送への適用の道を開いた。今年度の成果[1]量子ドットの輸送現象を記述するモデルとして考案されている非平衡Anderson模型における高バイアスにおける振る舞いを、電子間斥力に関する摂動級数を生成する汎関数の一般的性質に基づき解析的に調べた。その結果、電子-正孔対称性な場合には高バイアス極限では、量子ドットにおけるlocalな非平衡Green関数は、平衡状態における高温極限のものと一致することが厳密に証明された。この汎関数による議論は、逆の極限である低バイアス領域におけるFermi流体的振る舞いの本質的な部分も記述しており、非平衡近藤効果のバイアス電圧依存性の統一的理解への重要な鍵となることを期待している。また、先に我々がゼロ磁場において導出した非平衡Green関数のWardの恒等式の磁場中への拡張を行った。これらの内容は、上記の第2、第3論文として発表した。今年度の成果[2]量子ドットの超格子、ナノメータ・サイズの物質の輸送係数をシミュレートするモデルとして、微小なHubbard鎖に関する我々の以前の研究を発展させ、2端子の電極に接続された2次元の有限Hubbardクラスターの電気伝導度を調べた。我々は、これまで1チャンネルの電極に対して与えていた理論の定式を多チャンネルに拡張し、2次摂動理論に基づき電子相関の効果を取り入れ、絶対零度における電気伝導度を調べた。その結果として、多チャンネルの系では斥力Uの変化によって共鳴がおこること等を論じ、上記の論文1として公表した。この研究は現在さらに発展中である。今年度の成果[1]量子ドットの超格子の電気伝導を、両端に2端子の電極に接続された2次元の有限Hubbardクラスターの電気伝導度を用いて調べた。昨年度までに、平均電子数が整数でバンドが半分満たされた状況(ハーフ・フィルド)の場合に計算を行っていたが、今年度は電子数の変化を取れ入れ、電子間相互作用の2次摂動理論に基づき、絶対零度における電気伝導度を調べた。電子相関の効果は、共鳴状態の幅、位置等に対するよるシフトに現れる。さらに、この系の電気伝導における不純物散乱の影響、および2量子ドット系の多体透過係数を調べ、これらの詳細を論文として公表した。今年度の成果

[2]量子ドットなどの微小な系の輸送現象では位相の情報と電流の保存の両方が重要となるため、基礎となる理論的枠組みさえ必ずしも自明でない場合が多い。我々は、以前に微小な系の電気伝導に関する線形応答理論に基づく一般的な微視的理論定式を提出した。今年度は、この定式化をさらに発展させ、多体透過係数が実時間における電流演算子の3点相関関数を用いて書き表されることを示し、論文として発表した。この表式は、数値計算等による輸送現象の研究にも応用しやすい利点がある。今年度の成果[3]これまで我々の研究は、主として解析的手法のよる一般論、および摂動展開を用いた計算による解析を用いて進められてきた。今年度は、電子相関と非平衡統計力学を考慮した数値的な計算法の開発を目的とした。我々は、まず平衡系で有効な数値くりこみ群法を、線形応答領域において、ABリング、ナノ・メータサイズのMott-Hubbard絶縁体の輸送係数、量子ドットを介したJosephson効果などに適用し、その内容を内外の学会で発表した。現在、論文を準備中であり、今後の非線形応答領域への拡張を念頭に、さらに研究を進めている。
貨幣錯覚が労働市場に与える影響に関する実験研究

本研究の研究成果は以下のとおりである。(1)異時点間の意思決定における貨幣錯覚の実験を実施し、被験者の過少消費(過剰貯蓄)は物価の変動によって時間とともに増大することを発見した。(2)労使紛争における「声」の役割に関する実験を実施し、労働者の「声」は、雇用契約の締結率、および契約後の労働者の努力水準を低下させるという結果を得た。相対賃金仮説の検証(4月・7月):相対賃金仮説とは、労働者が実質賃金よりも、自分と同じ特徴(学歴など)をもった他の労働者との相対的な賃金を重要視するという仮説である。本年度4月に実施した実験では、Gift-Exchange-Gameをベースに、労働者の(使用者との間で生じた)互恵性に基づく労働意欲が労働者間の相対賃金とどのように関連しているのかを検証した。労働者の労働意欲が相対賃金の影響を受けるのであれば、使用者が相対賃金を一定に保つことで、名目賃金の切り下げによる労働意欲の減退が抑制される可能性がある。実験結果は、労働者の労働意欲と相対賃金は無相関であるというものであり、相対賃金仮説を支持する結果を得ることができなかった。使用者と労働者の情報構造を変更するなど、実験設計を見直したうえで7月に再実験を実施したが、やはり仮説を支持する結果は得られなかった。労使紛争におけるコミュニケーションの役割に関する実験(12月):【課題5】は、労働市場における賃金の硬直性を緩和し、効率的な資源配分を実現する方法として使用者と労働者のコミュニケーションが有用であるか否かを経済学実験によって検証するというものであった。本年度12月に実施した実験では、労働契約が不完備である場合に、労働者の希望賃金という「声」が労働市場の総余剰にどのような影響を与えるかを検証した。公表前であるため実験の詳細と結果については割愛する。本研究の目的は、貨幣錯覚が労働市場における賃金決定過程に及ぼす影響を経済学実験によって検証することである。ここで、貨幣錯覚とは、貨幣の実質的な価値を無視し、額面上の貨幣額に注目して意思決定をする傾向を記述する一般的な用語である。今年度実施した実験では、貨幣の実質価値を無視することを、人々が合理的に選択している可能性について検証した。物価変動に応じて貨幣の実質価値を計算することは心理的なコストを伴う。したがって、貨幣錯覚によって生じる損失がそのコストを下回るのであれば、実質価値を無視して意思決定を行うことは合理的であるといえる。公表前であるため詳細は割愛するが、実験結果は人々が合理的に実質価値を無視しているという仮説と整合的であった。人々が貨幣錯覚に陥る理由として、認知上のバイアスや損失回避、アンカーリング効果など、これまで様々な心理的要因が挙げられてきた。すなわち、貨幣錯覚は人間の非合理性によって引き起こされると考えられてきたのである。ところが、本実験が示したように、人々は合理的な判断として貨幣の実質価値を無視している可能性がある。これは、労働市場においても、賃金の実質価値を労働者が合理的に無視することを示唆している。今後は、労働者の互恵的行動がこのような合理的判断とどのように関連するのかについて検証することで、労働市場特有の価格(賃金)決定仮定をより詳細に分析する。昨年度までに、1貨幣錯覚が異時点間にわたる意思決定問題に及ぼす影響について検証する実験、2相対賃金仮説を検証する実験、3労使紛争におけるコミュニケーションの役割に関する実験を実施した。最終年度である今年度は、1の実験結果をまとめた論文“An Experimental Study of Money Illusion in Intertemporal Decision Making"を、日本経済学会秋季大会および行動経済学会で報告するとともに、査読付き国際雑誌に投稿した。また、1および3の設計を変更した下記の実験を実施した。物価トレンド(インフレ・デフレ)が異時点間の意思決定に及ぼす影響について検証する実験(4月と6月に実施):1の実験では物価変動によって貨幣錯覚が長期的に持続するという結果が得られた。今年度は、物価変動の大きさだけでなく、トレンドの影響についても検証し、貨幣錯覚はデフレ時よりもインフレ時の方が大きく、デフレ時の方が被験者の余剰は有意に大きいという実験結果を得た。労使紛争におけるコミュニケーションの役割に関する実験(4月と5月に実施):3の実験では、不完備契約の状況において、労働者の「声」は使用者の提示賃金に影響を与えないだけでなく、当事者間の対立を先鋭化させ、総余剰に対してマイナスに作用するという結果が得られた。今年度は3の再実験を実施するとともに、完備契約の状況において労働者の「声」が賃金水準に影響を与えるか否かを検証した。その結果、3の実験結果が頑健であること、そして、完備契約の状況においても事前コミュニケーションは賃金に影響を与えないことが明らかとなった。これらの実験結果をもとに、論文“Voice Undermines Voluntary Cooperation: An Experimental Study for an Incomplete Employment Contract"を執筆した。実験経済学行動経済学今年度実施する予定であった実験に加え、来年度に予定していた課題

5に関連した実験を前倒しで実施することができた。当初の予想に反して相対賃金仮説を支持する結果は得られなかったものの、コミュニケーションに関する実験では、過去の実験で観察されなかったコミュニケーションの新たな効果について検出することに成功した。当初の計画では、貨幣錯覚が労働市場の賃金決定メカニズムに及ぼす影響を検証するため、Gift-Exchange-Gameを基にした実験を今年度に実施する予定であった。ところが、実験直前になり、それまで作成していたZ-tree(実験用ソフト)プログラムに不備が見つかったことから、実験内容を上述した内容に急遽変更して対応した。年度内にZ-treeプログラムの修正は完了したが、被験者募集期間などを考慮し、実験実施を翌年度に延期することとした。まず、昨年度と今年度に実施した実験の設計をそれぞれ見直した新たな実験を来年度5月までに実施する。昨年度の実験では、物価変動をともなう動学的最適化問題に直面した消費者が、貨幣の実質的価値を合理的に無視するという実験結果を得た。この結果は、物価変動の大きさに応じた意思決定の違いを観察することによって得られたものであるが、現実の金融政策への含意を導くためには物価変動の大きさだけでなく、そのトレンド(インフレ・デフレ)の効果についても検証する必要がある。また、今年度に実施したコミュニケーションに関する実験は不完備契約の状況に注目していたが、完備契約と不完備契約ではコミュニケーションの効果が異なる可能性がある。労働市場におけるコミュニケーションの役割をより詳細に分析するため、来年度は実験設計を完備契約に変更して同種の実験を実施する。物価変動に関する新たな実験は、今年度にまとめた論文「An Experimental Study of Money Illusion in Intertemporal Decision Making」とは別の論文としてまとめる予定である。また、コミュニケーションに関連した一連の実験結果をまとめて来年度中に論文を執筆する。時間的な余裕があれば、労働者からの一方的な「声」だけでなく、使用者側からの「声」、双方向のコミュニケーションの効果を検証する実験も実施する予定である。今年度に実施した実験のデータ分析と論文執筆、そして今年度見送った実験を次年度の早い時期に実施する。また、当初の予定通り、相対賃金仮説に関する実験を次年度1月に実施する。進捗がやや遅れていることから、平成26年度に予定している実験を期間内に実施できない可能性があるが、それまでに実施した実験それぞれを別の論文として期間内にまとめることで、本研究の成果を残すことについては支障はないと考えている。来年度実施を予定していた実験を本年度12月に実施することになり、来年度予算を前倒ししたものの、参加した被験者数が想定を下回ったために予算の未使用分が生じた。被験者数が少なかったために本年度12月に実施できなかったトリートメント(完備契約のバージョン)を来年度の早い時期に実施する。
紫外共鳴ラマン分光法によるプロトンATP合成酵素の動的構造変化の追跡

プロトンATP合成酵素は、呼吸鎖電子伝達系のあるエネルギー変換膜にあり、電子伝達駆動性プロトンポンプタンパクによって作られたプロトン濃度勾配を利用してADPをリン酸化し、ATPを合成する。生体エネルギー変換の鍵を握るタンパク質のひとつである。膜の中にあるF_0部分と、外にあって水溶性のF_1部分からなる。本研究の目的はプロトンATP合成酵素の触媒反応中のタンパクの役割をチロシン残基やトリプトファン残基の構造変化を手がかりとして明らかにすることである。そのために紫外共鳴ラマン分光法を用いる。小倉は平成10年4月に現所属に異動した。紫外の検出器が準備できていないので、可視ラマンスペクトル(非共鳴)の測定を行った。ATP合成酵素は好熱菌PS3のものを用いた。βサブユニットの341番目のチロシンをロイシシに置換した変異体の514.5nm励起の非共鳴ラマンスペクトルを測定した。これと基質アナログであるAMP-PNPを結合させたもののラマンスペクトルを比較した。タンパク由来のラマン線の変化は小さく、AMP-PNP結合による構造変化は、はっきりとは見えない。これは非共鳴ラマン散乱のため多くのラマン線が重なっているから、と考えられる。一方、AMP-PNP由来のラマン線の中には結合型と非結合型と比べると差が認められるものがあり、現在これを詳しく調べている。並行して紫外共鳴ラマンスペクトルの測定系の準備を進めている。