hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高移動度半導体を用いたヘテロMIS接合の研究

本研究は、デバイス寸法縮小によるICの性能向上が、様々なサイズ効果のために期待できない21世紀において、InSbが重要な半導体材料となる可能性を秘めていることを示すことを目的とした。CdTeとInSbがほぼ同じ格子定数を持ち、しかもCdTeのエネルギ-ギャップが1.6eVと広いのに対して、InSbのそれが0.23eVと狭いので、このヘテロ接合が77KではMIS構造とみなせることをはじめて指摘した。熱エネルギ-で規格化すると、この接合の77Kにおけるバンド構造は室温のSiO_2/Si構造に類似している。真空MOCVD法によってInSb上にCdTeをエピタキシャル成長させた。DETは反応槽の人口で670°Cでクラックした。Cdの原料としてはDMCdを用いた。250°Cという低温でCdTeのエピタキシャル成長に成功し、この接合が77KではMIS構造とみなせることをC-V測定より確かめた。MBE成長法を用いて良質なCdTe/InSbヘテロ接合を実現した。表面の鏡面の単結晶CdTe膜を基板温度が207°Cから243°Cの間で成長させた。このヘテロ接合は良好なMIS特性を示した。そして、最適成長温度が240°C程度であることがわかった。MBE成長CdTe/InSbヘテロ接合を用いたInSbMISトランジスタをはじめえて試作して、その動作を確認しあ。電界効果移動度は1200cm^2/Vsであった。特性はMBE成長したInSbバッファ層を加えねばさらに改善できよう。CdTe/InSbヘテロ接合のエネルギー帯構造に関する考察から,これが77Kにおいては,室温のSiO_2/Si構造のエネルギー関係を1/5に縮小したMIS構造とみなせることを指摘して, InSbの極度に高い電子移動度を利用した超高速MISトランジスタが実現できる可能性を示した.そして, MIS構造ができることを実証すべく,まず, CdTeとHgTeのエピタキシャル成長を試みた.まず, DMCdとDETeを用いた真空MOCVD法により, InSb上にCdTeの低温成長を実現した. DETeは670°Cでクラックした. 300°C以下では成長速度は約4nm/minと一定になった.成長膜は, 250°C以上では単結晶, 120°C以上では双晶であった.また, MBE成長では, 5×10ー10よりも良好な背圧下でエピタキシャル成長することを見出した.これら真空MOCVDおよびMBE成長したヘテロ構造のCーV特性が表面が蓄積状態から反転状態まで変化することを確かめて,この指摘が正しいことを実証した.ジ・ターシャン・ブチル・テルル(DTBT)を用いて, HgTeのエピタキシャル成長を試みた.DTBTは成長装置の導入口付近でクラックした. EPMA評価より,反応管温度が120°C以上ではストイキオメトリを満たす膜がInSb上に堆積することを確認した. 220°C以上では,成長速度は基板温度の低下に伴って減少し,その活性化エネルギーは約20kcal/molであった.しかし, 220°C以下では成長速度が再び増加して極大値をとり, 160°C程度においても1μm/h程度の成長速度が得られた.異常成長の原因は明瞭ではないが, RHEEDパターンより200°Cの低温で単結晶が成長したことを確かめた.また,基板温度が160°Cでも多結晶を得た.ジ・ターシャル・ブチル・テルルを用いた減圧MOCVD装置を製作した。ゲートバルブを用いた簡単なロード・ロック機構により、成長室を常に真空に保つことが可能となった。

また、パソコンに接続した電磁弁で空気作動バルブを制御し、導入ガスの急峻な切替を可能にした。充分な量の水銀を導入するために水銀導入系を300°C程度まで加熱できるようにすることが問題であったが、これは、耐熱性の極めて高い特殊バルブを用いることにより解決した。この装置により、0.1気圧程度の圧力でInSb上へのHgTeのヘテロエピタキシャル成長を試み、単結晶成長に成功した。新たに導入したMBE成長装置を用いて、多結晶CdTeを原料としてCdTeのエピタキシャル成長を達成し、CdTe/InSbヘテロ構造を試作・評価した。その結果、真空MOCVD法で作製した場合よりも、界面準位密度およびCdTe膜の絶縁性が改善できることがわかった。また、MISトランジスタ実現を目指して、周辺プロセス技術(コンタクト穴形成技術、イオン注入より生じた表面損傷領域の除去技術、メサ構造のテーパー部分へのエピタキシャル成長条件など)について検討し、理想に近いトランジスタ形状を実現した。HgTeのMBE成長を目指して、プラズマにより水銀を予め活性化してからMBE装置に導入することを試みた。ペニング放電とホットカソードを用いることにより、10^<-4>Torr台でも、数十Vという低電圧で、数百mAの電流が得た。そして、別に設けたヒータからTeを供給してHgTe膜を堆積し、EPMA測定より、プラズマの利用が水銀の導入効率を高めることを確かめた。MBE法により、InSb基板上にCdTe薄膜をヘテロエピタキシャル成長させて、結晶状態とその界面の電子状態を評価し、最適堆積温度Tsを求めた。ソ-スには6Nの多結晶CdTeを用い、堆積速度は1.6μm/hに固定した。Ts=207°C243°Cの範囲で鏡面の表面を持つ単結晶が得られ、また、これをMIS構造と考えた時のC-V特性から、77Kにおいて、界面が蓄積状態から反転状態まで変化することが示せた。なお、この温度範囲ではTsが高いほど良好な結晶性とC-V特性を示した。Ts=243°C場合について、タ-マン法で界面準位密度を評価し、密度分布がU字型をしており、その最低値が2×10^<11>cm^<-2>eV^<-1>であることが分った。また、ゲ-ト絶縁膜に加えることのできる電界は1MV/cm程度であった。界面に誘起できる面電荷密度が10^<12>cm^<-2>程度と計算されるから、MIS電界効果トランジスタに利用可能な界面が実現できたと判断した。CdTe/InSbヘテロMISトランジスタを試作し、77Kにおけるトランジスタ動作を世界で初めて確認した。CdTeのコンタクト穴あけには、アルゴンスパッタ法を用いた。低ドレイン電圧領域から算出した移動度は、1200cm^2/Vsであった。これらの結果、CdTe/InSbヘテロ接合がMIS構造として取扱えることが初めて実証され、しかも、ある成長温度範囲ではSiO_2/Si界面に準ずる良好な界面が実現できることを明らかにできた。
好中球による酸化ストレスからみた妊娠高血圧症候群の病態形成過程

本研究では、好中球による酸化ストレスの発現機序の観察を介して、妊娠高血圧症候群における胎盤の形成障害と母体の血管内皮細胞を障害する機序とを関連付けることによって、本症の病態形成過程を明らかにすることを目的とした。この主旨に沿って、妊娠高血圧症候群症例における好中球の機能、好中球による酸化ストレスの発現機序およびこれらの相互の関連について観察し、胎盤の形成障害と好中球の活性化との関連についてin vitroで検討を加えた。ついで、子宮胎盤循環障害ラットを用いて、胎盤の形態、絨毛細胞の機能、母獣好中球機能、好中球による酸化ストレスの発現および血管内皮細胞機能について経時的に観察し、胎盤の形成障害から全身の血管内皮細胞障害を引き起こす機序についてin vivoで検討を加えた。その結果、妊娠高血圧症候群では、好中球の活性化による酸化ストレスが本症の中心的な病態である血管内皮細胞の障害を引き起こすこと、この好中球の活性化には胎盤形成障害に基づく活性因子の発現が関与すること、また、子宮胎盤循環障害動物モデルでは、胎盤形成期における血流量の低下は胎盤の形成障害、絨毛細胞のapoptosis、母獣血清中の好中球を活性化する炎症性サイトカインの上昇、高血圧、蛋白尿をきたすことが分かった。これらのヒトにおけるin vitroおよび動物モデルにおけるin vivoの観察の成績から、子宮胎盤循環障害は、絨毛細胞機能異常、胎盤形成障害をきたし、さらに母体血清中に好中球活性化因子が発現することによって、母体酸化ストレスによる全身血管内皮細胞障害が引き起こされ、妊娠高血圧症候群の病態が形成されると考えられた。この主旨に沿って、妊娠高血圧症候群症例における胎盤の形態、絨毛細胞の機能、好中球の機能、好中球による酸化ストレスの発現およびこれらの相互の関連について観察し、胎盤の形成障害と好中球の活性化との関連についてin vitroで検討を加えた。その結果、妊娠高血圧症候群症例におけるin vitroでの検討では、妊娠高血圧症候群では、好中球の活性酸素(O_<2^->)産生能が亢進し、血清中のフリーラジカル(H_2O_2およびONOO^-)が高値を示すことが分かった。この妊娠高血圧症候群における好中球O_<2^->産生能が亢進する機序に関する検討では、本態性高血圧合併妊娠と異なり、血清中に存在する因子が関与し、本血清因子は分娩後速やかに消失することが分かった。また、L-NAME投与による子宮胎盤循環障害ラットを用いたin vivoでの検討では、胎盤形成期にL-NAMEを投与した群では胎盤絨毛細胞の浸潤能の低下とアポトーシスの発現増強が認められることが分かった。これらの成績から、妊娠高血圧症候群では、胎盤における虚血・再還流刺激により産生される物質の作用を介して好中球の活性化をきたし、母体酸化ストレスによる全身血管内皮細胞障害が引き起こされことが病態形成に関与していることが示唆された。

ついで、子宮胎盤循環障害ラットを用いて、胎盤の形態、絨毛細胞の機能、母獣好中球機能、好中球による酸化ストレスの発現および血管内皮細胞機能について経時的に観察し、胎盤の形成障害から全身の血管内皮細胞障害を引き起こす機序についてin vivoで検討を加えた。その結果、妊娠高血圧症候群症例におけるin vitroでの検討では、妊娠高血圧症候群では、好中球の活性酸素(O2^-)産生能が亢進し、このO2^-産生能が亢進した好中球は血管内皮細胞を障害すること、好中球による血管内皮細胞障害の機序には好中球の産生するフリーラジカル(H_2O_2およびONOO^-)が関与することが分かった。また、子宮胎盤循環障害ラットを用いたin vivoでの検討では、胎盤形成期にL-NAMEを投与した群では胎盤の形成障害、絨毛細胞のapoptosis、母獣血清中の好中球を活性化する炎症性サイトカインの上昇、高血圧、蛋白尿をきたすことが分かった。これらの成績から、妊娠高血圧症候群では、胎盤における虚血・再還流刺激により産生される物質の作用を介して好中球の活性化をきたし、母体酸化ストレスによる全身血管内皮細胞障害が引き起こされことが病態形成に関与していることが示唆された。
放線菌によるリグニン関連芳香族化合物の代謝及び微生物変換に関する基礎研究

本年度は、低分子リグニン資化性放線菌NL15-2K株の染色体DNAより得たバニリン酸脱メチル化酵素(VDM)遺伝子について、以下の項目を実施した。2.当該遺伝子産物の基質特異性について1については、始めにVDM遺伝子を含む4.3kb断片を、あらかじめmelプロモーターを除去したプリスミドベクターplJ702にサブクローニングし形質転換体VDM01を得た。ついで、このクローンを、バニリン酸を唯一の炭素源とする培地にて培養後、酵素活性の検出と並行してtotal RNAを調製し、ノーザン解析を行った。VDM-mRNAを検出するためのプローブは、VDMに共通する鉄-硫黄結合ドメインに対するオリゴヌクレオチドを使用した。その結果、本クローンよりVDM活性の発現を確認するとともに、約3.7kbの位置にプローブとハイブリダイズするRNAを検出した。このことから、VDM01における本遺伝子の発現には同断片に含まれる独自のプロモータが利用されることが確認された。また、放線菌由来のVDMも他のVDMと同様に二つの遺伝子産物VanA及びVanBによって構成される可能性が示唆された。2については、当初VDM01の無細胞抽出液を用いて調べることを試みたが、in vitroの条件下ではVDM活性が得られなかったため、hole cellsを用いて基質特異性を調べた。その結果、ベラトルム酸、バニリン酸及びイソバニリン酸に対しては脱メチル化活性が認められたが、グアヤコールについては基質として認識しないことが判明した。今後は、引き続きVDM01のcell free系での活性検出を可能にするための検討を行うとともに、その抽出液からのVDM酵素の単離を試みる。本年度は、放線菌株NL15-2Kにおけるリグニン関連芳香族化合物の代謝経路を培養学的観点から明らかにし、さらに、関連する代謝酵素遺伝子群を取得するための基礎データーの蓄積を行った。具体的には、以下を実施した。2.種々のリグニン関連化合物に対する代謝マップの作成3.バニリン酸脱メチル化酵素のアミノ酸配列における保存領域の調査4.同酵素遺伝子を検出するためのプローブの設計と条件検討1については、走査型電子顕微鏡による胞子連鎖の形態観察と16S rRNA遺伝子の配列解析により行った。本菌株は、各所で分岐した気菌糸から長いらせん状の胞子連鎖を形成し、胞子表面の形態はトゲ状であった。また、基生菌糸の分断はみられず、菌核、胞子のう、分生子殻などの特殊な形態も観察されなかった。以上から、本菌株はStreptomycesに属することが示唆された。16S rRNA遺伝子(1523bp)解析の結果、S.anulatus及びS.lavendulaeに近縁の菌種であることが判明した。2については、フェルラ酸、ベラトル酸、コニフェリルアルコール、シリンガ酸など、約10種類のリグニン関連化合物を炭素源として、本菌株による代謝産物をHPLCにより分析した。その結果、これらの基質はバニリン酸またはプロトカテク酸に変換された後、最終代謝を受けることが明らかになった。本代謝系において、バニリン酸のほとんどは酸化的脱メチル化によりプロトカテク酸となるが、わずかにグアヤコールも検出されたことから、バニリン酸を酸化的に脱炭酸する経路も存在することが示唆された。3,4については、SwissProt,PIR等のデータベース検索により2カ所の保存領域を見出し、PCR増幅のためのプライマーを設計した。得られた2組のプライマーを用いて本菌株の染色体DNAより当該遺伝子の増幅を試みた結果、約480bpの産物をほぼ単一の状態で得るにいたった。この増幅産物はサザンハイブリダイゼーションによる遺伝子検出において、極めて特異性の高いプローブとして利用できることが判明した。本年度は、低分子リグニン資化性放線菌NL15-2K株より、その基幹代謝経路の一つであるバニリン酸脱メチル化酵素(VDM)遺伝子のクローニングと当該遺伝子の解析を行った。具体的には以下を実施した。2.放線菌宿主-ベクター系を用いたVDM遺伝子の発現3.VDM遺伝子クラスターの解析1については、ファージベクターを用いて染色体DNAライブラリーを構築し、昨年度設計したVDM遺伝子特異的プローブを用いて当遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、プローブと特異的に結合する約14.5kb DNA断片の取得に成功した。2については、1で得た断片をプラスミドベクターpIJ702にサブクローニングし、放線菌宿主Streptomyces lividans 1326に導入した。こうして得たクローンのうち、上記プローブとハイブリダイズする組み換えプラスミドpVDMを含む細胞はVDM活性を発現することが確認された。また、pVDMより作製したディレーションミュータントについてVDM活性を調べた結果、その発現には少なくとも2.7kbからなる領域(VDM遺伝子)が必要であることが判明した。3については、VDM遺伝子を含む約7.5kbの核酸塩基配列を解析した。塩基配列決定後、オープンリーディングフレーム(ORF)の検索を行ったところ、少なくとも3つのORF(A-C)が見出された。このうちVDM遺伝子を構成するORF A及びBより導かれるアミノ酸配列は、それぞれPseudomonas sp. HR199,Ps. sp. ATCC

19151のVan A及びVan Bと36%,41.6%の相同性を示した。これらのタンパクは、PseudomonasにおいてVDMを構成する2つのサブユニットであった。また、ORF Cよりコードされるタンパクについては、Rhodococcus由来のプロトカテク酸代謝調節遺伝子pca Rと57%の相同性を有していた。以上の成果は、前年度の成果と合わせて下記にて発表した。(2)平成13年度日本生物工学会大会要旨集p251本年度は、低分子リグニン資化性放線菌NL15-2K株の染色体DNAより得たバニリン酸脱メチル化酵素(VDM)遺伝子について、以下の項目を実施した。2.当該遺伝子産物の基質特異性について1については、始めにVDM遺伝子を含む4.3kb断片を、あらかじめmelプロモーターを除去したプリスミドベクターplJ702にサブクローニングし形質転換体VDM01を得た。ついで、このクローンを、バニリン酸を唯一の炭素源とする培地にて培養後、酵素活性の検出と並行してtotal RNAを調製し、ノーザン解析を行った。VDM-mRNAを検出するためのプローブは、VDMに共通する鉄-硫黄結合ドメインに対するオリゴヌクレオチドを使用した。その結果、本クローンよりVDM活性の発現を確認するとともに、約3.7kbの位置にプローブとハイブリダイズするRNAを検出した。このことから、VDM01における本遺伝子の発現には同断片に含まれる独自のプロモータが利用されることが確認された。また、放線菌由来のVDMも他のVDMと同様に二つの遺伝子産物VanA及びVanBによって構成される可能性が示唆された。2については、当初VDM01の無細胞抽出液を用いて調べることを試みたが、in vitroの条件下ではVDM活性が得られなかったため、hole cellsを用いて基質特異性を調べた。その結果、ベラトルム酸、バニリン酸及びイソバニリン酸に対しては脱メチル化活性が認められたが、グアヤコールについては基質として認識しないことが判明した。今後は、引き続きVDM01のcell free系での活性検出を可能にするための検討を行うとともに、その抽出液からのVDM酵素の単離を試みる。
地域素材を活用したCSアンプラグドの研究

CS(Computer Science)アンプラグドの地域素材活用型アクティビティとして,オペレーティングシステムの主要機能であるプロセススケジューリングを学習するようなアクティビティを提案し,教材開発を行った.プロセススケジューリングのアンプラグド化には出雲神話に登場するヤマタノオロチが食事をする状況を利用した.アンプラグド化の妥当性についてはCSアンプラグドのデザインパターンによって検証した.本アクティビティを通して,学習者は具体的なスケジューリングを体験的に学習することができる.本アクティビティを高等専門学校の低学年生や大学の新入生に対して試行した結果,その有効性を確認することができた.CSアンプラグドにおいて地域素材を活用するための方向について検討した.CSアンプラグドにおける地域素材の活用については,3つの方向が考えられる.1つは既存のActivityを精査し,Activityにおいて使用される教材コンテンツを地域性の強いものに置き換えるという方向である(方向1).もう1つは,これまでにない学習項目に対応するActivityを新たに考案する段階で地域素材を積極的に活用するという方向である(方向2).最後は,既存Activityの学習項目(例えば,テキスト圧縮)はそのまま踏襲し,それを教授するためのゲームそのものを,地域素材を活用する新しいタイプのものに変更するものである(方向3).方向1に関しては,すべての既存Activityの精査を完了し,教材コンテンツを地域性の強いもに置き換えることが有効なものを抽出した.その中の一部(Activity 2「色を数で表す」)に関しては,実際に地域色豊かな教材コンテンツを作成した.なお,当該地域としては島根県を採用した.方向2に関しては,プロセススケジューリングの考え方を教授することを目的として,出雲神話の一部である「ヤマタノオロチ伝説」を活用したゲーム型Activityを考案し,その具体化を進めている.現時点では,ゲーム内容のブラッシュアップと具体的な教材コンテンツの開発を継続中である.方向3に関しては,具体的な進展はない.並行して,教育効果の評価手法の検討を進めている.現時点では,既存文献の収集をほぼ完了し,それぞれの調査に着手した.地域素材を活用したCSアンプラグドのActivity開発を継続している.まず,既に開発済みのActivityを地域素材活用の観点から見直し,その結果を国際学会で発表した.具体的には,松江市の地理的特徴(地域素材)を活用して「ボトルネック」の概念を学習できるようなActivityである.また,この発表を踏まえて,論文を国際論文誌に投稿し,採録された.次に,出雲神話に登場する「やまたのオロチ」(地域素材)を活用して,プロセスのスケジューリング技法を学習できるようなActivityを考案し,その教材ならびに授業の進め方の具体化を行った.このActivityを高等専門学校の低学年生(2年生,3年生)を対象に2回試行し,アンケートに基づくフィードバックを得た.現在,得られたフィードバックに基づいて,同Activityの改良・拡張を行っている.また,並行して同Activityの具体的内容(教材,授業の進め方など)や試行結果について学会発表を行った.教育効果の評価手法に関しては,文献調査を継続するとともに,調査によって得られた知見を上述の試行時のアンケート内容などの改善に逐次生かしている.全研究期間を通して,地域素材を活用したCSアンプラグドActivityの開発ならびに試行に基づいた評価・改良を行った.まず,既開発のActivityについて地域素材活用の観点から整理・見直しを行い,その結果を国際学会で発表した.具体的には,島根県松江市の地理的特徴(地域素材)を活用してボトルネックの概念を学習できるようなActivityである.また,この発表を踏まえて,論文を国際論文誌に投稿し,採録された.次に,出雲神話に登場する「やまたのオロチ」(地域素材)を活用して,プロセスのスケジューリングを学習できるようなActivityを考案し,教材開発を行った.同Activityの複数回の試行に基づいて評価・改良を行った結果,同Activityが教材として成立する見通しを得たと判断する.但し,CSアンプラグドにおける地域素材活用の有効性については明確な結論を得ることができなかった.さらに実践を重ねて,より多くのフィードバックデータを収集する必要がある.最終年度には,同Activityの成立性をデザインパターンの観点から検証するとともに,試行を3回実施し(大学低学年生向け2回,高専低学年生向け1回),教授法の改良,評価データの収集を継続した.並行して,学会発表による情報発信を積極的に行い,有識者との質疑応答を通して有益なフィードバックを得た.これらフィードバックの同Activityへの反映についてはすべてが完了しているわけではなく,今後の課題として残っている.また,同Activity開発に関して,主要論文誌への論文投稿を行ったが,期間内に採録には至らなかった.査読者の勧めに従って,投稿種別変更,それに伴う内容改訂を進め,採録を実現することとしたい.教育効果の評価手法については,文献調査を継続し,そこで得られた知見を上述の試行時のアンケート内容などの改善に逐次生かした.CS(Computer Science)アンプラグドの地域素材活用型アクティビティとして,オペレーティングシステムの主要機能であるプロセススケジューリングを学習するようなアクティビティを提案し,教材開発を行った.プロセススケジューリングのアンプラグド化には出雲神話に登場するヤマタノオロチが食事をする状況を利用した.アンプラグド化の妥当性についてはCSアンプラグドのデザインパターンによって検証した.本アクティビティを通して,学習者は具体的なスケジューリングを体験的に学習することができる.本アクティビティを高等専門学校の低学年生や大学の新入生に対して試行した結果,その有効性を確認することができた.新たなActivityとして,「やまたのオロチ」を活用してプロセスのスケジューリング技法を学習するようなActivityを具体化し,2回の試行を行えたことからほぼ当初の計画通りに進んでいると判断する.情報工学新たに開発したActivityの試行を継続し,その完成を目指す.

特に,地域素材活用の効果を確認するために,島根県以外(特に首都圏)の学生を対象とした試行を計画している(同Activityは島根県の地域素材を活用しているため).また,同Activityの改良・拡張に際しては,授業時間との兼ね合いを考慮することも重要である.そのために,Activityのモジュール化により授業時間に応じた構成を柔軟に採れるようにすることも検討する.各種Activityの実践を除いては,ほぼ当初の計画通りに進んでいると判断する.特に,地域素材活用の方向性について整理できたことにより,今後の研究を見通し良く進められるようになったと考える.論文掲載料が無料であったことが最大の要因である.プロセススケジューリングに関するActivityの早期完成を図るとともに,地域素材を取り込んだ既存Activityの実践を優先的に実施する.なお,実践に際しては,評価手法の確立が不可欠である.これに関しては,文献調査に基づいた暫定的な評価手法から出発し,順次スパイラル的に手法の改善を図ることとする.論文掲載料,Activity試行のための旅費ならびに学会発表のための旅費の計上を予定している.CSアンプラグドの実践を行えなかったため,旅費ならびに謝金の支出が少なかったことによる.平成25年度の成果を踏まえて,CSアンプラグドの実践を積極的に推進する計画である.そのための旅費・謝金の計上を予定している.
マウス卵巣への効率的な遺伝子導入法の開発

老化は個体の生理的現象であるが、出産を希望する年齢が高齢化するにつれ、出産能力の維持や回復を目的とした医療が切望されるようになってきた。個体の寿命が伸びているにもかかわらず、加齢にともなう卵巣の機能停止(閉経)は平均50歳と変化なく、卵巣は最も早く老化する器官のひとつである。また、出産率から算出すると、閉経より15年以上前の30歳代後半から加齢の影響が出ている。加齢による卵巣の機能低下は、卵子の発育停止による排卵数の減少を引き起こす。卵巣は卵母細胞とそれを囲む濾胞細胞及びそれらを支える間質細胞(thecal cell)とから成る。加齢による卵巣の機能低下の原因の一つとして、卵子の周囲を取り囲む濾胞細胞の酸化ストレス等による機能低下が考えられている。この濾胞細胞へ直接遺伝子導入が出来れば、加齢に伴う濾胞細胞の劣化を多少とも救済出来、卵巣自体の老化を防止出来る可能性がある。我々は、2003年度に報告した卵巣内部への直接的遺伝子注入、続くelectroporationという方法(Sato et al.,genesis 35:169-174,2003)を用いて、卵巣内の細胞への遺伝子導入を推進して来た。特に、2004年度の目標は、1)卵巣表面に発達するpreantral follicleを標的に遺伝子導入が可能かどうか。2)卵子あるいは濾胞細胞特異的な遺伝子群(例えば、GDF[growth differentiation factor]-9)の導入・過剰発現あるいはRNAi等による内在性遺伝子発現抑制による卵巣機能への影響を調べる、という点であった。1)項目については、従来法に改良(卵巣内に10-20μl程の大量のDNA液を注入;従来のmouth-pieceでの液の注入ではなく、注射筒による注入により達成)を加えることにより、濾胞全体の5-10%に遺伝子(EGFP)を導入することが出来た(論文作製中)。2)項目については、マウスGDF-9 cDNAをRT-PCRにて単離している最中である。周知のように、GDF-9は1-2層の濾胞(primary follicle)以上の比較的幼若な濾胞細胞に対し、成長促進効果を持つとされる。GDF-9発現ベクターを加齢卵巣に遺伝子導入・発現させることにより、濾胞自体の若返りが期待される。2004年度の段階では、未だ、画期的な成果を出すには至らなかったことで、若干の悔いは残るが、その積み上げた土台を基に、卵巣細胞へ標的を向けた遺伝子導入系の更なる確立を目指して行きたいと考えている。卵母細胞は卵巣におおよそ4,000個あるとされるがその内排卵されるのはほんの数%しかない。卵形成(oogenesis)や卵母細胞と濾胞細胞との相互作用を分子生物学的に解析するには、卵巣細胞への遺伝子導入が一つの手段として考えられるが、これまでそのような試みは殆どない。おそらく卵巣が上記細胞群で緊密にパックされており、その中にDNA液を注入しても卵巣内に充分入らず卵巣から漏れ出すため、卵巣への遺伝子導入は無理ではないかと思われていたからと考えられる。しかし、実際、trypan blue(TB)等の色素をmicropipetteを用いてマウス卵巣の中心部に注入すると、最初は液が入りにくい感じだが、徐々に卵巣内に入ることが判った。TBの分布を調べると、濾胞や間質部分が殆ど青く染色されていた。このことはDNA等の液を卵巣内に注入すれば、DNAがどの卵巣細胞にも浸透し、その細胞内に入り込む可能性があることを示唆させる。実際、EGFP(enhanced green fluorescent protein)あるいはlacZ発現plasmid DNAを注入し、直ちに矩形波を発生させるBTX T820 electroporatorを用いてin vivo electroporation(EP)を施した。2日後、卵巣を取り出し、EGFP発光あるいはlacZ活性を組織化学的に観察すると実験毎に変動があるものの20%程の濾胞がモザイク的に遺伝子発現を示した。この方法ではどちらかと言うと、未熟な濾胞がtransfectされている印象であった(Sato et al.genesis 35:169-174,2003)。卵巣への遺伝子導入の発展性を考えた場合、今回のデータだけではまだ不十分と思われる。目下、以下の項目を検討している。2)卵子あるいは濾胞細胞特異的な遺伝子群(例えば、GDF)の導入・過剰発現あるいはRNAi(RNA干渉法)等による内在性遺伝子発現抑制による卵巣機能への影響を調べる。

この濾胞細胞へ直接遺伝子導入が出来れば、加齢に伴う濾胞細胞の劣化を多少とも救済出来、卵巣自体の老化を防止出来る可能性がある。我々は、2003年度に報告した卵巣内部への直接的遺伝子注入、続くelectroporationという方法(Sato et al.,genesis 35:169-174,2003)を用いて、卵巣内の細胞への遺伝子導入を推進して来た。特に、2004年度の目標は、1)卵巣表面に発達するpreantral follicleを標的に遺伝子導入が可能かどうか。2)卵子あるいは濾胞細胞特異的な遺伝子群(例えば、GDF[growth differentiation factor]-9)の導入・過剰発現あるいはRNAi等による内在性遺伝子発現抑制による卵巣機能への影響を調べる、という点であった。1)項目については、従来法に改良(卵巣内に10-20μl程の大量のDNA液を注入;従来のmouth-pieceでの液の注入ではなく、注射筒による注入により達成)を加えることにより、濾胞全体の5-10%に遺伝子(EGFP)を導入することが出来た(論文作製中)。2)項目については、マウスGDF-9 cDNAをRT-PCRにて単離している最中である。周知のように、GDF-9は1-2層の濾胞(primary follicle)以上の比較的幼若な濾胞細胞に対し、成長促進効果を持つとされる。GDF-9発現ベクターを加齢卵巣に遺伝子導入・発現させることにより、濾胞自体の若返りが期待される。2004年度の段階では、未だ、画期的な成果を出すには至らなかったことで、若干の悔いは残るが、その積み上げた土台を基に、卵巣細胞へ標的を向けた遺伝子導入系の更なる確立を目指して行きたいと考えている。
消化管（食道，胃，大腸）癌の病態と治療に関わる遺伝子解析研究

本研究の目的は、消化管腫瘍について臨床診断や病理組織診断のみならず、腫瘍のDNAメチル化や遺伝子発現などの生物学的特性と治療経過との関連を検討することにより、最適な治療選択法の確立を目指すことである。本研究では培養細胞を抗癌剤に暴露することにより薬剤耐性株を樹立するとともに、消化管悪性腫瘍の化学療法前後に内視鏡生検検体を採取し、マイクロアレイを用いたゲノムワイド解析を行った。消化器癌薬剤耐性に関わる遺伝子のDNAメチル化および遺伝子発現プロファイルの特徴を解析した。また定量的測定を用いて、耐性機構に重要と考えられる遺伝子群を抽出した。消化器癌の中でも胃癌は日本人に特に多く、患者数、死亡数ともに上位を占めている。切除不能進行または再発の胃癌においては化学療法が施行されるが、薬剤耐性が問題となる。現在フッ化ピリミジン系とシスプラチンの併用療法が国内外において標準治療とされている。われわれは胃癌細胞株AGSを5-FUおよびシスプラチン存在下に6か月間以上培養して薬剤耐性細胞株を樹立した。また倫理委員会の承認を得たうえで、患者の同意のもとで上部消化管内視鏡検査の際に胃癌の生検を行い、化学療法後に残存した腫瘍について再生検を行った。それぞれの培養細胞および生検検体からRNAおよびDNAを抽出して、cDNA発現アレイおよびメチル化アレイを用いて網羅的解析を行い、薬剤耐性に伴うDNAメチル化の変化および遺伝子発現変化を解析した。またAGS細胞を脱メチル化剤存在下に培養して、やはり発現アレイを用いて脱メチル化により発現上昇のある遺伝子を抽出した。この検討から薬剤耐性に関わる遺伝子発現の変化とメチル化の寄与について、Gene Ontology解析を行った。マイクロアレイ解析により抽出された胃癌の薬剤耐性に関わる候補遺伝子について、DNAメチル化はバイサルファイトパイロシークエンス法を用いて、遺伝子発現はリアルタイムPCR法を用いて定量を行った。今後の解析により、胃癌の抗癌剤耐性に関わる重要な遺伝子変化を見出すことができることが期待され、薬剤耐性胃癌に対する治療標的の候補を抽出することを目指す本研究の目的は臨床診断、免疫染色をふくめた病理組織診断のほかに、腫瘍の遺伝子変異、DNAメチル化、遺伝子発現などを包括的に解析し、治療経過との関連を検討することにより、腫瘍の生物学的特徴と、個体の性質による最適な治療選択法の確立を目指すことである。培養細胞を抗癌剤(5-フルオロウラシル(5-FU)およびシスプラチン(CDDP))に暴露することにより薬剤耐性株を樹立した。一方、消化管悪性腫瘍の患者の化学療法前後に内視鏡生検検体を採取した。メチル化アレイおよび発現アレイをもちいてゲノムワイド解析を行った。またDNAメチル化はパイロシークエンス法により、遺伝子発現はRT-PCR法により定量的な測定を行った。マイクロアレイで解析した17,033遺伝子のうち、5-FU耐性株とCDDP耐性株の双方で発現が増加していたのは541遺伝子、双方で発現が減少していたのは569遺伝子であった。Gene ontology解析を行うと、5-FU耐性株およびCDDP耐性株いずれにおいても"extra cellular region"と"p53 pathway"が関連のあるGO termであった。薬剤耐性細胞株と内視鏡生検検体において、KLK13を含む15遺伝子が増加し、ETV7を含む12遺伝子が減少した。発現アレイとメチル化アレイの双方で解析可能であった10,365遺伝子のうち、74遺伝子が高メチル化かつ発現低下、または低メチル化かつ発現増加を示した。それらの遺伝子のうち脱メチル化処理によって遺伝子発現が増加した21遺伝子を抽出し、FSCN1、CPT1C、NOTCH3にてついて定量的測定を行った。本研究で発現およびメチル化変化がみとめられた遺伝子は5-FUおよびCDDP耐性機構に関連がある可能性が考えられた。消化器癌患者の内視鏡検査の際に生検を行い消化管粘膜由来のDNAおよびRNAを抽出して遺伝子解析を施行するとともに、培養細胞株においても遺伝子解析を行った。大腸癌についてはmRNAを用いたcDNAマイクロアレイによる網羅的発現解析とDNAメチル化との対比を行い、大腸癌において低メチル化している遺伝子と遺伝子発現の関連を解析した。これらの遺伝子は発癌や進展に関与している可能性があり、その遺伝子活性化機序としてプロモーター領域の低メチル化が考えられた。その結果の一部は2011年10月の第53回日本消化器病学会大会および2011年10月の第70回日本癌学会において発表した。さらに健康人の正常大腸粘膜と大腸癌患者の非腫瘍部粘膜のメチル化プロファイルの比較を行い、大腸癌患者の非腫瘍粘膜のDNAメチル化の特徴について2011年11月の第62回日本電気泳動学会および生物物理化学第56巻で報告した。癌患者の非腫瘍粘膜のメチル化異常は腫瘍発生母地の発癌機序との関連が考えられるとともに発癌や癌の存在のリスク診断に応用できる可能性がある。

胃癌については切除不能進行胃癌について化学療法前と施行後に内視鏡下生検を行い、その遺伝子発現の差異についてcDNAマイクロアレイによる解析を行った。その結果、Hedgehogシグナル伝達系に関わる複数の遺伝子の発現変化を見出したため、real-time PCR法による確認を行っている。また培養細胞を用いて、化学療法剤(シスプラチンおよび5-フルオロウラシル)存在下に培養を行い、薬剤耐性株を作成した。胃癌の薬剤耐性に関わる遺伝子発現およびDNAメチル化については細胞株および生検検体を用いてマイクロアレイ解析およびその確認目的の定量解析を含む検討がほぼ計画通りに進行中である。一方で、内視鏡生検検体の採取を依頼する症例の集積については遅れがみられる。内視鏡生検検体および培養細胞を用いたマイクロアレイ解析を含む遺伝子解析を進行中で、現在までの成果の一部を学会等で報告した。関連のある可能性のある遺伝子の候補を抽出しており、今後、その機能解析を予定している。さらに臨床検体の数を増やすことと、薬剤耐性株の樹立により、さらなる詳細な解析ができることが期待できる。マイクロアレイ解析で抽出した胃癌の病態と関連の深いと考えられる候補遺伝子について、バイサルファイトパイロシークエンス法を用いたメチル化定量、リアルタイムPCRを用いた発現の定量を今後も継続する。また胃癌症例の集積も今後も継続し、生検検体を用いて薬剤耐性や予後など臨床像に関連する候補遺伝子の解析と臨床像の対比を行う。重要な遺伝子にてついては細胞株を用いてベクターを用いた過剰発現系と、siRNAを用いた抑制系を用いて遺伝子の機能解析も開始することを予定している。今後、症例数を増やして遺伝子解析をさらに進め、臨床情報の比較を行い、化学療法剤の治療効果や臨床経過と関連のある遺伝子を抽出する。関連するシグナル伝達系についての遺伝子の機能解析を予定する。また薬剤耐性細胞株における遺伝子発現とDNAメチル化の双方についてマイクロアレイ解析をして、臨床像や薬剤耐性と関連する可能性がある候補遺伝子を抽出する。それらの遺伝子ついて培養細胞を用いた機能解析と、臨床検体を用いた検証を行う。DNAおよびRNA抽出、バイサルファイトパイロシークエンス、リアルタイムPCRなどの解析のための試薬、プローブおよびキットの購入に充てることを予定している。細胞株および臨床検体のマイクロアレイ解析、それにより得られた候補遺伝子についてのreal-time PCR法による定量的発現解析、バイサルファイトシークエンス法を用いた定量的メチル化解析、さらに関連するシグナル伝達経路について過剰発現系や抑制系を用いた遺伝子機能解析を予定している。
19世紀のドイツにおける女権運動と自然科学研究の発展，およびそれらの連関について

本研究課題の目的は,ドイツにおける女権運動と自然科学の発展の連関をビューヒナー家各人の権利運動や自然観を比較することで明らかにすることだった。前年度までにエルンストの自然観や政治観が,息子ゲオルクの自然観や革命観に与えた影響を考察し(「ビューヒナーが父から受け継いだもの受け継がなかったものーエルンスト・ビューヒナーの鑑定書の考察ー」(国内学会誌に投稿済み,掲載未決定)),本年度は,ゲオルクの妹ルイーゼの女権運動の特徴を,父エルンストの自然観・政治観や兄ゲオルクら兄弟の革命観・自然観と比較検討し(「革命・自然科学・処世術,父から兄妹へ引き継がれたものービューヒナー兄妹の革命運動と女権運動ー」(『異文化接触研究の諸相』(川村和宏編,朝日出版,2019年12月刊行予定)所収,掲載決定)),以下のことを明らかにした。ルイーゼは兄弟達と異なり文学や語学の知識を独学で身につけつつ,父エルンストの自由主義的思想も兄弟同様色濃く受け継いだ。彼女は自然科学の専門教育も受けていないが,高い知力と知的好奇心で社会を分析的・批判的に見る目を養い,兄弟と同じく社会変革を目指した。彼女が父や兄に影響を受けたことは明らかで,彼女の女権運動の思想にはゲオルク同様社会を極めて現実的かつ分析的に見る自然科学的視点が看取される。更に彼女はどの兄弟よりも父エルンスト流の長けた処世術を身につけ,一見すると女権運動と対立する男性の支持も,権利運動と対立する大公妃の支持も得て活動を広めた。ゲオルクら兄弟は様々な分野で高く評価されてきたが,こと権利運動に関してはルイーゼこそが自然科学と自由主義思想を権利運動の場で融合させ,現実的・戦略的な形でその運動を成し遂げ推進したビューヒナー家唯一の人物だったと言える。彼女の成功は19世紀のドイツでは希有なことで,今後ドイツの女権運動を論じる際は彼女の影響は無視できないであろう。本研究課題の目的は自然科学研究の発展と女権運動の発展が,19世紀のドイツ及びヨーロッパでどのような関わりを持つのかをドイツの作家ゲオルク・ビューヒナーとその周辺の人物を中心に考察し明らかにすることである。平成27年度はビューヒナーの父エルンストの医学研究の特徴とそのビューヒナーへの影響について考察し,成果は以下の二点である。1.「第17回日本ゲオルク・ビューヒナー協会研究発表会」で,「エルンスト・ビューヒナーの鑑定書,およびそれらのゲオルク・ビューヒナーへの影響について」という題目で発表した。2.「国際シンポジウム詩作における異文化との接触Dichterische Beruehrung mit anderen Kulturen」で,「革命・鑑定・解剖ーゲオルク・ビューヒナーは父から何を学んだかー」という題目で発表した。上記二点の発表では,エルンストの医学研究と精神鑑定書の特徴,及びビューヒナーがそれらから受けた影響を考察し,ビューヒナーが父から受け継いだ「物事を徹底的に科学的に検証する姿勢」が,彼の文学作品のみならず宿命論思想にも影響を与え,さらに彼のアンガジュマンにも通ずる可能性を明らかにした。これまでビューヒナーの宿命論思想と革命運動への参加は矛盾するものと考えられてきたが,これにより父から受けついだ「物事を徹底的に科学的に検証する姿勢」がそれら二つをつなぎ,それらの矛盾を解く鍵であることが明らかになった。当初予定では初年度にビューヒナーの妹ルイーゼの女権運動について調べるためドイツに調査に行く予定だったが,学部執行部としての業務が予想以上の負担だったため,渡独するためのまとまった時間をとることができなかった。だが「研究実施計画」の第二案として書いたように,ルイーゼについて資料調査をする時間が無い場合は,まず父親エルンストの医学研究や精神鑑定書がビューヒナーに与えた影響について研究を進める予定であった。その意味では一年目にそのテーマについて,「第17回日本ゲオルク・ビューヒナー協会研究発表会(於武蔵大学)」と「国際シンポジウム詩作における異文化との接触Dichterische Beruehrung mit anderen Kulturen(於岩手大学)」で二回の発表をし,そこで多くの有益な見解を他の参加者から得て,それを踏まえた上で自分の見解を深めることができた意義は大きいと言える。このテーマについては今年度中に論文集に発表予定ではあるが,初年度中には論文として発表できなかったため,進捗状況としては「やや遅れている」とみなすのが妥当であると考える。前年度二回の研究発表をしたエルンスト・ビューヒナーの鑑定書の特徴と、彼が息子のゲオルク・ビューヒナーの自然観や革命観、さらには仕事の選択にまで影響を与えた可能性について論文としてまとめた。本研究費以外の研究費で渡独した際に、マールブルク大学のビューヒナー研究所を訪れ、同研究所のフンク博士の助けを借り、現存するエルンストの鑑定書が6点しかないことが確認できたことは一つの成果である。また、ゴッデラウにあるビューヒナーハウスのシュタルク氏とエルンストおよびその他のビューヒナーの家族について議論する機会があり、今回完成したエルンストについての論文だけでなく、今後まとめるビューヒナーの妹ルイーゼの女権運動について考える際の助言も得ることができた。ルイーゼの著作はまだすべて精読できているわけではないが、現在のところの見解では、彼女の女権運動の思想もまた、父エルンストのドラスティックなまでに徹底して冷徹かつ客観的に自然を観察する態度の影響を受けていると考えられる。

一方で兄ゲオルク・ビューヒナーとの違いは、父エルンストの現実的で実際的な思想と行動原理の影響をより強く受けている点にあるのではないかとも推測している。彼女の権利運動の思想に兄の革命運動の影響があることは間違いないが,その革命運動の失敗を見ていたことに加え,父親の影響のために,彼女の運動はより現実的な路線をとることになったのではないだろうか。エルンスト・ビューヒナーのゲオルク・ビューヒナーについての影響を考察した論文「父から受け継いだもの、受け継がなかったものーエルンスト・ビューヒナーの鑑定書とその息子への影響ー」は、今年度中に刊行予定の論文集(タイトル及び出版社未定)か、日本ゲオルク・ビューヒナー協会の次号の論文集に投稿する予定である。ゲオルク・ビューヒナーの妹ルイーゼの女権運動の思想にビューヒナーの自然科学の思想がどのように影響しているのかを明らかにすることが本研究の最終的な目的であるが、その前段階として調べたビューヒナーの父エルンストの自然観がビューヒナーの自然観にどのような影響を与えているかの考察に予想外に時間をとられてしまった。しかしその甲斐があり、エルンストに関しては自分なりの見解をまとめられたと考えている。研究が遅れてしまった大きな理由としては、学部の役職者としての業務が予想以上であったうえに,大学を移動することになったために、新旧両大学での作業等も重なり,本来研究のための調査等の時間を十分に確保することが難しかったことが挙げられる。結果として学会発表、論文発表共にできなかったことは痛恨の極みである。このような理由で今年度は本研究費を使用することもほとんどなかった。今後は大学を移ったため役職者ではなくなること、そのため研究にこれまでより多くの時間が取れそうなことと、さらに研究費も多く残っていることなどを考慮すると、ルイーゼの権利運動とゲオルクの自然科学の関係を自分なりに明らかにするためには、場合によっては、研究終了を一年延長することも有効ではないかと考えている。2017年6月17日開催の「2017年度明治大学ドイツ文学会・研究会」(於明治大学和泉キャンパス)で「父から子へ引き継がれたもの,引き継がれなかったものーエルンスト・ビューヒナーとゲオルク・ビューヒナーの自然観」と題した発表を行ない,ビューヒナーの自然観とその父親の自然観を比較することで,ビューヒナーの自然観と革命観の特徴を明らかにした。この発表内容については,既に論攷としてまとめており,現在投稿先を検討中である。また,ビューヒナーの父Ernstに言及したMarcel Beyer氏の2016年度ビューヒナー賞受賞記念講演を翻訳中であるが,これは現代におけるビューヒナー受容を父親との関連で考察する助けとなるだろう。現在さらにビューヒナーの妹ルイーゼの女権運動と,ビューヒナーの自然観や革命観がどのように関連しているかを明らかにするため,ルイーゼの「Frauen und Beruf」を読み進めている。そこでルイーゼは男女平等の教育の必要性のみならず,自立した女性として手に職をつけることを勧めたり,結婚せず生きていく選択肢まで示している。一人の人間として自立した生き方を模索する内容は極めて現代的であり,兄ビューヒナーの革命思想と通底するものがある。一方でルイーゼの思想はビューヒナーの革命思想と比較すると極めて現実的であり過激さもない。
ヒト心筋生検検体を用いたRNA-Seqによる心臓サルコイドーシスの病態解明

心サルコイドーシス患者の心筋生検検体からメッセンジャーRNAを抽出する。同ライブラリから次世代シークエンサーを用いて、RNA-Seqを行いトランスクリプトーム解析を行う。包括的な解析を行うためにパスウェイ解析を行ない、RNA発現データから導き出される病態および生物学的代謝経路を推定する。更に、血液から抽出したDNAに対しては次世代シークエンサーを用いて全ゲノムシークエンス解析を行う。特にこの解析はHLA領域に着目して検討を行うこととする。
溶液内分子の電子状態理論の深化

溶媒和を扱う種々の理論は、これまでの「開発期」を経て、広く応用されつつある段階にあると考えられる。本研究課題では溶媒和理論として代表的なPCMとRISM-SCF/MCSCF法を中心に取り上げ、比較検討するとともに、その結果を踏まえて新理論の構築を目指して課題を遂行してきた。1.溶媒和によるエネルギー変化に関する知見は数多く得られているが、それ以外の性質についての系統的な研究は殆どない。そこで種々の小分子について、結合次数や有効電荷が溶媒和によってどのように変化するかを調べた。エネルギーについては線型応答性を示す一方で、これらの物理量については、こうした単純な描像が存在しないことが明らかとなった。2.従来のRISM-SCF法は、しばしばその収束が困難になる。例えば内部に埋め込まれた原子がある場合は有効電荷(ESP)を決定することができずに計算は発散する。そこで、典型的な例であるRuの金属錯体を対象として、森田-加藤の方法とRISM-SCFを結合することで、同錯体の溶媒和構造および電子構造を得ることに初めて成功した。3.前項目の発散は、ESPが電子波動関数の広がりを正しく表現できないことに起因している。そこでGillらの方法を用いることで、次世代型のRISM-SCF法の開発に成功した。新しい方法はより精密な電子分布を反映できるのみならず、反復計算における収束安定性が著しく向上した。これにより、計算対象が限定されていたRISM-SCF法を、あらゆる化学反応系に対して適用が出来るようになった。以上、当初掲げていた新理論の開発に成功し、本課題はその目的を遂行することができた。溶媒和を扱う種々の理論は、これまでの「開発期」を経て、実験研究者を含めて広く応用される段階に入りつつあると考えられる。しかしながら、従来これらの理論は独立に発展を遂げて来たために、それぞれの利点・欠点を相対的に評価することは全くなされていない。特に実験的観測が難しい物理量については、理論間に様々な齟齬が残されていると予想される。この研究課題では、溶媒和理論として代表的なPCMとRISM-SCF/MCSCF法を中心に取り上げ、各方法を徹底的に比較検討するとともに、最終的にはこれらの結果を踏まえた"究極的"な新理論の構築を目指すことを目的としている。本プロジェクトの中心的な問題である、PCMおよびRISM-SCF/MCSCF法の比較については既に予備的検討を行い、学術論文として報告している[J.Phys.Chem., A,108,1629(2004).]。ここで明らかになったのは、両者で計算された自由エネルギーがほぼ同一と見なせる場合であっても、電子状態が大きく異なることがあり得るという点である。しかし、これだけでは両者のうち、どちらが現実の化学事象をより良く反映しているかの判断は難しい。本プロジェクトでは、電子状態の違いを多角的に検討することで、どのような条件下でPCMおよびRISM-SCF/MCSCF法がそれぞれ適切であるかを、系統的に調べていく。種々の物理化学的な観測量について、二つの理論を用いて計算し、比較検討を行う。本年度は、PCMの開発者であるイタリア・Pisa大学のMennucci教授との共同研究を行い、実際に観測量として重要である溶媒配置エネルギー(λ)を取り上げて比較検討を行った。これは溶媒の緩和を反映する物理量であり、単純な連続誘電体モデルでは線形応答理論が成立して揺らぎが調和的になるが、PCMの場合は電子状態との結合が組み込まれているために、その線形性は明らかでない。これまでのところPCM法はRISM-SCF法に比べてλを過小に評価していることが分かった。現在、溶媒和構造の解析結果とともに、これらを学術雑誌に投稿する準備をすすめている。本年度は、どのような条件下でPCMおよびRISM-SCF/MCSCF法がそれぞれ適切であるかを種々の物理化学的な観測量について二つの理論を用いて計算し、比較検討を行った。昨年度から行ってきたイタリアのグループとの共同研究で、実際に観測量として重要である溶媒配置エネルギー(λ)を取り上げて、溶液中のデューロキノンおよびテトラメチルベンゼンについてPCMとRISM-SCF/MCSCF法でそれぞれ計算を行い、比較検討した結果、後者では一般にλが非常に大きく見積もられる傾向にあることが分かった。また溶媒和構造についても詳細に調べ、学術論文として発表した。ところで、こうした溶媒和理論を考える際に、溶質溶媒間の相互作用においてもっとも本質的なのは静電相互作用である。一般に、静電場は多極子展開でよく記述され、その第一項となる双極子モーメントは非常に重要な意味を持っている。

こうした観点から、注目する分子が周囲につくる静電場を効率よく計算するために、従来からのMulliken電荷分布解析に類似した方法で、線型分子の電気双極子モーメントを厳密に再現できる新しい電荷分布決定法を開発した。新しい方法は、一電子積分を使うことで一意に電荷を決定することができ、また、旧来からの類似法のようにCPHF方程式などを解く必要もないなど、様々な利点を有している。溶媒和を扱う種々の理論は、これまでの「開発期」を経て、広く応用されつつある段階にあると考えられる。本研究課題では溶媒和理論として代表的なPCMとRISM-SCF/MCSCF法を中心に取り上げ、比較検討するとともに、その結果を踏まえて新理論の構築を目指して課題を遂行してきた。1.溶媒和によるエネルギー変化に関する知見は数多く得られているが、それ以外の性質についての系統的な研究は殆どない。そこで種々の小分子について、結合次数や有効電荷が溶媒和によってどのように変化するかを調べた。エネルギーについては線型応答性を示す一方で、これらの物理量については、こうした単純な描像が存在しないことが明らかとなった。2.従来のRISM-SCF法は、しばしばその収束が困難になる。例えば内部に埋め込まれた原子がある場合は有効電荷(ESP)を決定することができずに計算は発散する。そこで、典型的な例であるRuの金属錯体を対象として、森田-加藤の方法とRISM-SCFを結合することで、同錯体の溶媒和構造および電子構造を得ることに初めて成功した。3.前項目の発散は、ESPが電子波動関数の広がりを正しく表現できないことに起因している。そこでGillらの方法を用いることで、次世代型のRISM-SCF法の開発に成功した。新しい方法はより精密な電子分布を反映できるのみならず、反復計算における収束安定性が著しく向上した。これにより、計算対象が限定されていたRISM-SCF法を、あらゆる化学反応系に対して適用が出来るようになった。以上、当初掲げていた新理論の開発に成功し、本課題はその目的を遂行することができた。