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計量経済学における正則条件に関する検定とその応用

この研究を通じて2つの計量経済モデルの検定を開発した。ひとつは非線形の関係もゆるすグレンジャーの因果性の検定であり、帰無仮説のもとではχ二乗確率変数の荷重和になるが、荷重が既知なので簡単なコンピュータシミュレーションによって限界値を得ることができる。また、パラメトリックレートで近づいてくる局所対立仮説を検出することができる。もうひとつの検定は操作変数モデルの回帰関数の関数型の検定である。この検定統計量は帰無仮説のもとで漸近的に平均ゼロの正規分布にしたがい、かつrate optimal minimax検定になっている。本年度の研究成果は新しい回帰関数の関数型に関する新しい検定の開発である。回帰関数の関数型に関する多くの検定はパラメトリックな対立仮説を設定している。その場合、本当のデータの生成が対立仮説のパラメトリックモデルによるものであれば、強い検出力を持つが帰無仮説が誤っていても検出できないようなデータの生成過程が存在する。それに対して、本年度開発した検定は帰無仮説からのどのような乖離も漸近的に棄却できるオムニバス検定となっている。既存のこの種の検定には主にノンパラメトリック回帰を使うものと、経験過程を使うものがある。ノンパラメトリック回帰を使う検定、例えばHardle and Mammen (1993)やZheng (1996)、はnの-1/2乗で近づく局所対立仮説は検出できない。それに対して経験過程を使うアプローチ、Bierens (1990)やStute (1997)、ではnの-1/2乗で近づく局所対立仮説は検出できるが、帰無仮説からの乖離の方向によって検出力に大きな違いがある。本年度の研究で開発した検定は帰無仮説からのどのような乖離の方向でも一様に検出力を持ち、かつノンパラメトリック推定を必要としないために簡単に検定を行うことができる。検定統計量はパラメトリックモデルからの分散とノンパラメトリックモデルからの分散の差で構成される。この検定は帰無仮説からのどのような方向への乖離に対しても一様に検出力を持ち、nの-1/4乗で近づく局所対立仮説を検出できる。nの-1/4乗は滑らかでない対立仮説を含む場合の最適minimax速度となっている。25年度は回帰関数の関数型に関する検定の研究を行った。帰無仮説として回帰関数は既知のパラメトリックモデルとし、対立仮説は回帰関数はノンパラメトリックな関数である。そのために対立仮説が正しい場合でも一致性を持つ分散の推定量を開発し、それとパラメトリックモデルのもとでの残差を使った分散の推定量の差を検定統計量とした。この検定の漸近的な振舞いを導出し、帰無仮説のもとで漸近的に標準正規分布にブンプ収束し、帰無仮説のもとでは一致性を持つことを証明した。また、標本数の1/4乗で帰無仮説に近づく局所対立仮説に対して一様に検出力を持つことを証明した。この局所対立仮説の速度はなめらかでない関数も含めた対立仮説に対して一様に検出力を持つ検定の中で最速であることがわかっているので、この検定は最速minmax検定になっているという結果を得られた。本年度は正則性の検定として、経済時系列での代表的な因果関係の概念であるGrangerの因果性の検定の拡張を行ったうえで、拡張した意味でのGrangerの因果性の存在の検定を研究した。Grangerの因果性の検定はある確率変数X(t)の予測値がXの過去の値(X(t-1), X(t-2),...)だけでなく他の確率変数{Y(t)}のも使って過去の値にも条件付けた方が予測値の分散が小さくなることと定義される。本年度の研究はGrangerの因果性の概念を期待値(1次モーメント)だけではなく、近年金融データで注目されている2次モーメント、あるいはより一般的にk次のモーメントにまで拡張した。また、通常はGrangerの因果性での予測値は予測誤差を最小にする過去の値の最良線形写像で定義される。しかし、これでは非線形の影響を除けないため、非線形な関係を許すように定義を拡張し、そのような強い意味でのGrangerの因果性が存在するかどうか、どのような非線形な関係でも検出できるような統計的な検定を提案した。検定の方法は因果性がないという帰無仮説のもとで得た残差をY(t)の過去の値で作られる二乗可積分な関数の空間を張る直交基底との相関を作り、データ数に応じて使用する直交基底関数の数を増やしていくことによってどのような非線形の関数も検出できるようにした。この検定を用いることで金融資産の収益データのボラタリティーやより高次のモーメントに因果性が存在するかを検定することができる。26年度は25年度に行った回帰関数の関数型に関する検定を操作変数モデルへの拡張を行った。25年度に開発した検定では、説明変数の値が近い被説明変数を用いて被説明変数のノンパラメトリックな分散を推定して、それとパラメトリックモデルからの残差を用いた分散と比べることで検定を行ったが、説明変数の次元が高いとバイアスが生じるためバイアスを推定して除く必要があった。それを操作変数の値が近いパラメトリック残差を使って分散を推定することで、操作変数モデルへの拡張でき、かつバイアス項の推定を不必要にすることができた。また、この検定はパラメトリックモデルが正しかった場合には操作変数が有効かどうかの検定もなっている。今まで、操作変数の次元がパラメータの次元と同じ場合には、操作変数の有効性の検定は存在しなかったので、意味のある結果であると考えられる。

本研究は経済モデルで使われる正則条件の統計的な検定の開発を目的として行われた。その成果として3つの検定方法を開発した。ひとつは因果性が非線形の場合も含めたグレンジャー因果性が存在するかどうかの検定である。今までの検定ではグレンジャー因果性は線形であると仮定のもとでグレンジャー因果性の検定を行なっていたが、新たに開発した検定ではどのような形の非線形な関係の因果性であれ検出できる。またこの検定はパラメトリックレート(1/sqrt(n))で近づく局所対立仮説を検出することができるが、因果性の関数の形によって検出力が大きく異なるという可能性を弱点として持っている。2つめの検定は回帰関数の関数型の検定である。帰無仮説が回帰関数が既知のパラメトリックモデルであり、対立仮説が回帰関数の形がわからないノンパラメトリックモデルと言う設定で、対立仮説があるなめらかな関数の集合に入っている場合はminimax検定の中で最速となる検定を提案し、その検定の漸近的な性質を明らかにした。3つ目の検定は平成27年度に行なった研究である。計量経済学の場合、説明変数が内生変数であることが多いために、操作変数を識別条件とする回帰モデルを使うことが多い。この検定は操作変数を識別条件に使うかいきモデルの回帰関数の関数型についての検定である。2番めの検定を操作変数モデルに適応するような形に拡張することにより、操作変数モデルでの最速minimax検定を作ることができた。操作変数モデルのminimax検定は既存の研究にはない成果である。この研究を通じて2つの計量経済モデルの検定を開発した。ひとつは非線形の関係もゆるすグレンジャーの因果性の検定であり、帰無仮説のもとではχ二乗確率変数の荷重和になるが、荷重が既知なので簡単なコンピュータシミュレーションによって限界値を得ることができる。また、パラメトリックレートで近づいてくる局所対立仮説を検出することができる。もうひとつの検定は操作変数モデルの回帰関数の関数型の検定である。この検定統計量は帰無仮説のもとで漸近的に平均ゼロの正規分布にしたがい、かつrate optimal minimax検定になっている。当初の予定通り26年度は操作変数による識別が必要なモデルでの回帰関数の関数型に関する検定の研究を行った。また、操作変数の有効性に関する検定の研究を行うことができた。計量経済学平成27年度はこのプロジェクトの最終年度となるので、今まで開発した検定方法の一般理論を構築し、それを異なる状況への検定へ拡張することを予定している。昨年度は研究代表者の入院により、研究の進行が遅れたが、本年度は昨年度の遅れを取り戻すことが出来た。当初の予定通り25年度は回帰関数の関数型に関する検定の研究を行った。研究の概要の通り新しい計算が簡単な回帰関数の関数型に関する最速minimax検定を作ることができた。23年度にガンのため入院、療養が必要であったために研究の速度が遅くなり、そのために研究計画の達成度がやや遅れている。平成25年度以降はまず、24年度の成果をもとにして回帰曲線の連続性と微分可能性の検定を研究する。まず、ノンパラメトリック回帰の枠組みで被説明変数yの説明
LHC物理を中心とした標準模型を超えた物理の理論的研究

超対称性標準模型は素粒子の標準模型を超える物理として最も有力な候補であるが,その中でゲージ伝達型模型はFCNC問題の解決やグラビティーノ問題の解決を与えるものとして特に興味深い模型である.昨年度に行われた研究において,私は,上に述べたゲージ伝達型模型のLHCにおける発見の可能性について調べた.今年度は,この研究で得た経験を踏まえて,LHCでゲージ伝達型模型が発見された後にどの様に検証出来るか,という問題に取り組んだ.ゲージ伝達型模型でグラビティーノが非常に軽い模型では,他のSUSY粒子からグラビティーノへの崩壊がほとんど瞬間的に起こるという特徴の他に,ほとんどの崩壊の途中でいったんグラビティーノの次に軽いSUSY粒子(NLSP)に崩壊してからグラビティーノへ崩壊する,という特徴がある.多くのゲージ伝達型模型では,stau又はbino-like neutralinoがNLSPとなり,それぞれの場合においてレプトンやタウ又は光子が放出されるというシグナルが期待される.SUSYイベントにおいてほとんど必ずこれらの粒子が放出されることは,このモデルの特徴であり,ゲージ伝達型模型の検証の一つの方法を与えると考えられる.このことを確認するために具体的には,ゲージ伝達型模型と重力伝達型模型について調べ,これらの模型がLHCでの発見の後早い段階でいかに区別出来るかという問題を調べた.この結果,これらの二つの模型が発見の後の早い段階において可能であることを示した.また重力伝達型模型において暗黒物質を考えたときに興味深い二つの可能性(Focus pointとcoannihilation region)にあたる模型をいかにして区別出来るかという問題についても研究した.この研究は実際に実験結果が出た後だけでなく,実験結果の解析の準備段階においても重要な意味を持つものであると考えられる.当年度における研究は,おおむね計画通りに進めることが出来たため.今後も引き続き研究を推進していきたいと考えている.特に重要な実験結果を与えるLHC実験も順調に進行していることにより,近い将来に理論的研究結果に対する,実験的検証が可能になると思われる.当年度における私の研究は大きく分けて二つある,一つは宇宙線の観測と暗黒物質に関するものであり,もう一つは暗黒物質と超対称標準模型に関するものである.一つ目の研究では,最近宇宙線のいくつかの実験で異常な量の電子・陽電子が観測されていることに注目した.私は,これらの観測結果が暗黒物質の崩壊・対消滅によるものだと仮定した時に,模型に依らずに暗黒物質の性質に与える示唆について研究した.特に観測結果から暗黒物質の崩壊・対消滅で出てきた粒子のエネルギースペクトルを再構成する方法を考え出し,実際に例示した.この研究は模型に依らずに暗黒物質の性質を理解できるという点で他の研究とは異なりユニークである.将来より多くの観測結果が出た際にも重要な手法になると考えられる.もう一つの研究において,私は具体的な暗黒物質を与える模型の構築を行った.ゲージ伝達型模型は超対称標準模型の中でも,flavor changing neutral current問題の解決やグラビティーノ問題の解決を与えるものとして特に興味深い模型である.ところが,ゲージ伝達型模型では暗黒物質の候補が簡単には見つからないという問題をかかえている.私はゲージ伝達型模型でも暗黒物質の候補を持っている模型を具体的に構築し,その模型の性質を調べ,実験的な予言を調べるという研究を行った.この研究は将来ゲージ伝達型模型が実験的に正しいと確かめられた際に暗黒物質の問題に一つの答えを与えるものとして重要な意義があると考えられる.現在,この模型のLHCにおける検証についての研究を引き続き行っている.当年度の研究はLHC実験の現象論を中心として行った.超対称性標準模型は素粒子の標準模型を超える物理として最も有力な候補であるが,その中でゲージ伝達型模型はFCNC問題の解決やグラビティーノ問題の解決を与えるものとして特に興味深い模型である.昨年度に行った研究で,私は超対称性(さらに詳しく調べ,LHCにおいていかにこの模型を検証できるかという問題について研究をした.この模型はLHCにおいて)(標準模型のゲージ伝達型模型の枠組みで暗黒物質の候補を与えるような模型の構築を行った.本年度は引き続きこの模型を)は通常のゲージ伝達型模型と似た物理が期待されるが,模型が強結合の理論を含むためにある程度の不確定性が生じる.このことにより,私は従来研究されてきたゲージ伝達型模型に比べより広い模型についてLHC物理を調べるという研究を行った、またLHCでの模型の発見について従来断片的にしか調べられていなかった発見モードについても,広く総合的に調べるという方法をとった.この結果はこの分野の研究において一つの指標を与える点で重要な意義があると考えられる.また,私は上の研究で得た経験を踏まえて,LHCで新しい物理が発見された後に何が出来るか,という問題に取り組んだ.具体的には,上で調べたゲージ伝達型模型ともう一つの重要な超対称標準模型の候補である重力伝達型模型について調べ,これらの模型がLHCでの発見の後早い段階でいかに区別出来るかという問題を調べた.また重力伝達型模型において暗黒物質を考えたときに興味深い二つの可能性(Focus pointとcoannihilation region)にあたる模型をいかにして区別出来るかという問題についても研究した.

この研究は実際に実験結果が出た後だけでなく,実験結果の解析の準備段階においても重要な意味を持つものであると考えられる.超対称性標準模型は素粒子の標準模型を超える物理として最も有力な候補であるが,その中でゲージ伝達型模型はFCNC問題の解決やグラビティーノ問題の解決を与えるものとして特に興味深い模型である.昨年度に行われた研究において,私は,上に述べたゲージ伝達型模型のLHCにおける発見の可能性について調べた.今年度は,この研究で得た経験を踏まえて,LHCでゲージ伝達型模型が発見された後にどの様に検証出来るか,という問題に取り組んだ.ゲージ伝達型模型でグラビティーノが非常に軽い模型では,他のSUSY粒子からグラビティーノへの崩壊がほとんど瞬間的に起こるという特徴の他に,ほとんどの崩壊の途中でいったんグラビティーノの次に軽いSUSY粒子(NLSP)に崩壊してからグラビティーノへ崩壊する,という特徴がある.多くのゲージ伝達型模型では,stau又はbino-like neutralinoがNLSPとなり,それぞれの場合においてレプトンやタウ又は光子が放出されるというシグナルが期待される.SUSYイベントにおいてほとんど必ずこれらの粒子が放出されることは,このモデルの特徴であり,ゲージ伝達型模型の検証の一つの方法を与えると考えられる.このことを確認するために具体的には,ゲージ伝達型模型と重力伝達型模型について調べ,これらの模型がLHCでの発見の後早い段階でいかに区別出来るかという問題を調べた.この結果,これらの二つの模型が発見の後の早い段階において可能であることを示した.また重力伝達型模型において暗黒物質を考えたときに興味深い二つの可能性(Focus pointとcoannihilation region)にあたる模型をいかにして区別出来るかという問題についても研究した.この研究は実際に実験結果が出た後だけでなく,実験結果の解析の準備段階においても重要な意味を持つものであると考えられる.当年度における研究は,おおむね計画通りに進めることが出来たため.今後も引き続き研究を推進していきたいと考えている.特に重要な実験結果を与えるLHC実験も順調に進行していることにより,近い将来に理論的研究結果に対する,実験的検証が可能になると思われる.
クーロンブロッケード温度計を用いた強磁場中における高精度断熱法比熱測定の開発

本研究課題は原理的に磁場依存性の無いクーロンブロッケード温度計(CBT)を用いた強磁場下における高精度断熱法比熱測定システムの構築である。CBTセンサーはトンネル接合におけるIV特性から一意的に温度を決定することができる1次温度計であるが、ゼロバイアスにおける振幅をロックインアンプを用いて測定することで、1秒1点程度の比熱測定時における温度計測に利用できる。既存の超伝導マグネット+希釈冷凍機にCBTセンサーを組み込み、動作テストと改良を繰り返し、最終的に物性研究に投入可能なレベルまで開発を進めることができた。昨今、比熱測定と言えば、ほぼ全自動化された市販測定装置が用いられることが大半を占めるようになってきている。しかしながら、市販品の多くは温度計の磁場依存性を避ける為に緩和法を採用している点で、潜熱を伴う一次相転移の定量的な評価ができない弱点がある。本研究では、原理的に磁場依存性を示さないクーロンブロッケード温度計に着目し、比熱測定として理想的な断熱法を採用することで、超強磁場領域まで高精度に測定可能な比熱測定装置・技術の開発を目指している。クーロンブロッケード温度計とはトンネルジャンクションにおけるIV特性がクーロンブロッケード効果の為に温度依存性を示すことを利用した1次温度計であり、具体的には微分コンダクタンスの半値幅が温度にのみ依存し、その他の外部パラメータには依存しないことを利用する。そのクーロンブロッケード温度計を比熱測定で使用する際に問題となるのがサンプリングレートである。断熱法とはいえ、実際の測定環境で実現されるのは擬断熱条件であり、ヒートパルスで昇温後の試料部の温度は熱浴への緩和の為に時々刻々と変化していく。したがって悠長に微分コンダクタンスを測定している時間的余裕はなく、1点1秒程度のサンプリングレートが要求される。そこで我々は微分コンダクタンスカーブではなく、ゼロバイアスにおけるコンダクタンス値の温度依存性に着目し、ロックインアンプを用いた高速サンプリング化を実現した。既存の希釈冷凍機(最低温100mK)と8T超伝導マグネットを用いたテスト、自動測定化に向けたプログラミングも現時点で既に完了している。本研究課題は、原理的に磁場依存性の無いクーロンブロッケーロ温度計(CBT)を用いた強磁場ー極低温下における高精度断熱法比熱測定システムの構築である。一般に温度計としてよく用いられている半導体の電気抵抗は、極低温下における磁場依存性が著しく、断熱法を採用することは不可能である。断熱法では比熱の定義式通り、加えた熱量ΔQとその時の温度上昇ΔTから比熱C=ΔQ/ΔTにより見積もられるからである。したがって断熱法に代わって緩和法などが採用されるが、緩和法も万能ではなく、潜熱を伴う一次相転移を正確に評価することができない。以上のような背景から、磁場依存性の無い温度計を用いた断熱法比熱測定の開発を着想した。前述のCBTは、直列に並べたトンネル接合における単一電子トンネル効果を利用しており、特性は熱エネルギーと電子が1つトンネルした時の静電エネルギーの増加、その時のバイアス電圧によって決まる。具体的には接合のI-V特性から求められる微分コンダクタンスの半値幅は温度に比例し、校正を必要としない1次温度計として利用できる。前年度までに既存の8Tマグネット+希釈冷凍機中での動作テスト等を終えているので、最終年度は、13Tマグネット+希釈冷凍機の立ち上げ、CBTセンサーの組み込み、動作テストを目標に実施した。設置実験室の変更等により当初計画より若干遅れたものの、現時点で実戦投入可能なレベルまで開発は進み、最低限の目標を達成することができた。今後は物性研究の場に投入し、貴重な研究成果が得られるものと大いに期待される。初年度はクーロンブロッケード温度計の比熱測定へ向けた最適化に集中した。そこで我々は微分コンダクタンスカーブではなく、ゼロバイアスにおけるコンダクタンス値の温度依存性に着目した。

更にロックインアンプを用いることで、測定精度を保持しつつ高速サンプリング化を目指し、まずは既存の希釈冷凍機(最低温100mK)と8T超伝導マグネットを用いてテスト&改良を繰り返し行ってきた。現段階ではほぼ目標通りの性能を達成でき、標準試料を用いた断熱法比熱測定の自動測定化に向けたプログラミングに入っている。ただし、信号強度が小さくなる高温領域ではS/Nが悪化した為、徹底的なノイズ対策が次年度以降の課題である。当初の計画通り、クーロンブロッケード温度計を用いた比熱測定の心臓部は完成し、磁場中でのテストも実施済みである。初年度に問題となっていたノイズの問題に関しては、プリアンプを購入して対策することで比較的容易に改善された。大型マグネットを用いたテストが若干遅れている理由は、補助温度計が静電気により破壊されるトラブルが相次いだことが影響しており、最終年度に実施予定である。以上より、現時点で開発は順調に進んでいると言ってよいレベルにあると思われる。当初の研究計画通り、初年度ではクーロンブロッケード温度計の比熱測定に向けた最適化をほぼ達成することができた。ここまでを如何にクリアーするかが本研究の最大のポイントであったが、この部分に関しては予想以上に短期間に達成できた。マイナス要因としては、計画時に比べてセンサー価格が高騰していたことなどから、購入時期が若干遅れたことである。その後の開発作業で遅れを取り戻すことが出来たが、本来なら研究計画以上に伸展していたはずである。最終年度では、大型マグネット中での動作テストを行い、標準試料を用いた測定、更には物性研究への投入を行う。本研究の目標を達成する上で最も重要な部分の開発はすでに終えているので、強磁場下測定環境の整備等を遂行するのみである。既存の大型マグネットでの動作確認後は、更なる高磁場環境での測定を目指して、国内外の強磁場施設を利用した開発も計画している。次年度では、初年度で課題となったノイズ対策を実践しつつ、冷凍機の作製に移る。研究分担者である河江達也准教授は超低温の専門家であり、過去に希釈冷凍機を何台も自作してきた豊富な経験と実績があり、密に連携して半年を目処に完成を目指す。後半では初年度に作製したクーロンブロッケード温度計を実装したプローブ部分と組み合わせて最大13Tまでの強磁場領域における断熱法比熱測定のテスト、物性測定投入を目指す。更に研究の進展状況次第では国内外の強磁場施設を利用した開発も視野に入れて計画している。上述したように、大型マグネットを設置しての動作テストが当初計画より遅れた為、「次年度使用額」は大型マグネット設置用の金属材料、真空関連部品や電子パーツ等の購入、金属加工費に使用予定である。翌年度研究費については、動作テストには低温環境が必要な為、主に液体窒素や液体ヘリウムといった寒剤費用の調達や、成果公表用の旅費、投稿料、更には強磁場施設の視察、打ち合わせの為の旅費等に研究費を使用させていただく。初年度で課題となったノイズ対策を施す為、低ノイズ電圧アンプの購入を計画している。更には冷凍機作製用に金属材料、真空関連部品や電子パーツ等の購入、加えて金属加工費等に研究費を使用させていただく。
単一細胞からのATP放出測定法の開発とその応用に関する研究

(1)モルモット副腎髄質細胞において、ATPは内向き電流,細胞内Ca^<2+>上昇及びカテコールアミン分泌を起こした。一方、ATPはG蛋白質の活性化を起こし、電位依存性Ca^<2+>電流を抑制した。(2)モルモット副腎髄質細胞はN、L、P/Q及びR型Ca^<2+>チャンネルを有しているが、培養ブタ副腎髄質細胞ではN,L及びP/Q型Ca^<2+>チャネルが存在し、R型は存在しなかった。(3)ATPフォトメータを用いてATP発光を連続的に記録した。ATPの検出限界は1-2nMであった。ブタ培養副腎髄質細胞をカバーグラスの上で培養し、これを0.5mlのチェンバーに入れ、2ml/分で培養細胞の表面灌流を行った。灌流流出液を2分し、ATPフォトメーターと電気化学検出器によりATPとカテコールアミンを連続的に測定した。アセチルコリン,60mMKCl及び5mMBaCl_2を投与するとATPとカテコールアミン放出を起こした。いずれの刺激でも、ATPはカテコールアミンと同じ時間経過で放出され、カテコールアミン/ATPのモル比は7-12であった。(4)灌流流出液のアデニンヌクレオチドを高速液体クロマトグラフで測定するとATP、ADPとAMPはほぼ同量であり、流出液中のカテコールアミン/アデニンヌクレオチドのモル比は4-5であった。この値は分泌顆粒内のカテコルアミン/ATPの存在比と類似していた。(5)単一副腎髄質細胞からのカテコールアミンの量子的放出をパッチクランプ増幅器に接続したカーボン電極を用いて測定した。アセチルコリンは濃度依存性にカーボン電極表面近くのカテコールアミンの酸化に起因するスパイク状電流の発生頻度を増加させた。(6)単一副腎髄質細胞からのカテコールアミン分泌は検出できたが,ATP分泌反応は現在までのところ検出できていない。(1)ATPは副腎髄質細胞からCa依存性にカテコールアミン分泌と細胞内Ca上昇を起こした。分泌反応の力価はATP>ADPであり、AMPとアデノシンは無効であった。(2)ATPは副腎髄質細胞膜の非選択性陽イオンチャネルを開口させ、静止膜電位レベルでは内向き電流反応を起こした。このチャネルの活性化は髄質細胞膜の脱分極に寄与するものと思われた。(3)ATPはG蛋白質の活性化により電位依存性Ca電流を抑制し、この反応は非選択性陽イオンチャネルの活性化とは独立した事象であった。(4)髄質細胞からの分泌反応を検出するために、ATPフォトメーターを用いて蛍の発光酵素ルシフェラーゼとルシフェリンにより各種条件下でATP濃度-発光関係を調べた。その結果、10fmolATPの測定が可能であったが、ATPの測定限界は溶液の塩化物濃度が増加する栄養液では10分の1以下に低下し、また除蛋白のために過塩素酸処理するとさらに10分の1以下に減少した。合成ルシフェリンの添加により、ATPの測定限界は約10倍増加した。(5)蛍の尾抽出物(50mg)に合成ルシフェリン(1mg)を加え、この溶液と栄養液で希釈した標準ATP液をポンプを用いて光電子増倍管のガラス面上に作成した小さなセル内で撹拌混和し、その蛍光強度を連続的に光電子増倍管で測定した結果、20nMのATPから濃度依存性の蛍光増加が観察された。(6)電気化学検出器を用いて、ATP同様栄養液中のカテコールアミンを連続的に測定した結果、0.1μMからの測定が可能であった。カバーガラス上に培養した副腎髄質細胞の周囲を灌流し、その流出液を電気化学検出器でモニターすると、アセチルコリン刺激により、灌流流出液中のカテコールアミンが増加し、分泌の時間経過が検出出来た。

アセチルコリンは濃度依存性にカーボン電極表面近くのカテコールアミンの酸化に起因するスパイク状電流の発生頻度を増加させた。(6)単一副腎髄質細胞からのカテコールアミン分泌は検出できたが,ATP分泌反応は現在までのところ検出できていない。(1)カテコールアミンとATPのオンラインによる測定法を詳細に検討した。カテコールアミンは引加電圧450mVの炭素電極を用いた電気化学検出器により測定し、ATPは光電子増倍管の入射面に設置した攪拌層内でにルシフェラーゼとルシフェリン混合液と混和し、発光させた。(2)50mg蛍尾抽出物からゲル濾過分離精製ルシフェラーゼに8μg/ml合成ルシフェリンを用いることにより10nMATPが測定できた。カテコールアミンとATPの同時適用により同じ時間経過の反応が光電子増倍管と電気化学検出器により記録された。(3)ブタ培養副腎髄質細胞をカバーグラスの上で培養し、これを0.5mlのチェンバーに入れ、2ml/分で細胞の表面潅流を行った。アセチルコリン、高濃度K及びBaを2分間適用すると、アセチルコリンと高濃度K反応は投与期間中に減少したが、Baの反応は持続した。いずれの刺激もカテコルアミンとATPを同じ時間経過で放出させ、カテコルアミン/ATP比は10:1から8:1であった。現在、副腎髄質血管潅流標本を用いて両者の同時放出を検討し始めている。(4)単一細胞の分泌反応を蛍光測定により検出可能か否かを調べる目的で、分離副腎髄質細胞をNaイオン蛍光指示薬であるSBFI-AMで処置し、色素の細胞内分布を調べた。パッチ電極で細胞膜を破壊し、可溶性SBFIを除去すると1/4が細胞内膜系に取り込まれていたが、残った蛍光は分泌顆粒ではなく主に核膜に存在するようであった。(5)分離髄質細胞をニュートラルレッドで処置すると赤色に染色されるが、この色素は主に分泌顆粒に分布していた。単一細胞に取り込まれたこの色素の蛍光を測定し、分泌刺激による色素の放出による蛍光量の減少が測定できるか否かを検討している。(1)培養ブタ副腎髄質細胞とモルモット副腎髄質細胞はアセチルコリンのニコチン受容体を有し、このチャネルの活性化は細胞内Na^+とCa^<2+>濃度の増加を起こし、カテコールアミン放出を増加させた。モルモット副腎髄質細胞はN、L、P/Q及びR型Ca^<2+>チャネルを有しているが、培養ブタ副腎髄質細胞ではN、L及びP/Q型Ca^<2+>チャネルが存在し、R型は存在しなかった。ブタ副腎髄質細胞では、高濃度K^+による分泌反応にはN及びL型Ca^<2+>チャネルが重要な役割を果たしていた。G蛋白質の活性化はN型Ca^<2+>チャネルを抑制した。(2)ATPフォトメータの光電子増培管の前面で発光酵素ルシフェラーゼ、ルシフェリンとATP溶液を流入混和し、ATP発光を連続的に記録した。ATPの検出限界は1-2nMであった。ブタ培養副腎髄質細胞をカバーグラスの上で培養し、培養細胞の表面灌流を行なった。灌流流出液を2分し、ATPフォトメーターと電気化学検出器によりATPとカテコールアミンを連続的に測定した。アセチルコリン、60mMKCl及び5mMBaCl_2を投与するとATPとカテコールアミン放出を起こした。
水晶振動子微少重量測定法による刺激応答性材料への細胞接着力の定量的評価技術の開発

我々は、光応答性細胞培養表面(以下、PRCSと略)の生細胞の接着性を、光により遠隔的に制御することに成功した。本研究課題では、水晶振動子微小重量測定法(QCM)を用いてそのメカニズムを明らかにすることを目的とした。QCMでは、Sauerbreyの法則に基づいて水晶振動子の周波数変化がその質量変化に比例すると仮定して解析する。したがって、極めて微量の物質が水晶振動子に吸着した場合にも、鋭敏に検出することができる。平成16年度の研究により、光刺激によって引き起こされるPRCSへの細胞の接着・脱着を、QCMにより検出できることが明らかになった。さらに、平成17年度は、材料に対する細胞の接着過程をPRCSに限らず広く様々な材料について詳細に検討したところ、材料への細胞の接着は、細胞が材料に接近し、物理化学的相互作用が生じる過程によって決定されることが明らかになった。しかしながら、PRCSおよび細胞は大量の水を含む粘弾性体であり、Sauerbreyの法則に基づく従来型のQCMでは、微妙な細胞-材料間相互作用の変化を定量的に計測することは不可能であった。そこで、水晶振動子の周波数減衰を動的に解析することにより、水晶振動子表面の材料の粘弾性変化を測定できるQCM-Dに着目し、デモ機を借用してPRCSに対する細胞の接着過程を詳細に検討したところ、幾つかの新しい知見を得ることができた(これについては現在投稿準備中)。なお、QCM-Dの装置については、本年度末に別予算で購入し、現在さらに詳細に研究を進めているとことである。本研究成果に基づき開発された改良されたPRCSは、その後科学技術振興機構の平成17年度大学発ベンチャー創出推進課題として採用された「二次元培養細胞マニピュレーション装置の開発」に応用されている。バイオ産業や医療分野において動物細胞の利用が益々盛んになっているが、動物細胞の多くが足場依存性細胞であり、何らかの固体表面上に接着・増殖して機能を発揮する。我々は、刺激応答性材料表面上に細胞を接着・増殖させ、細胞に特定の機能を発現させた上で、個々の細胞あるいは細胞群をマニピュレーションする技術の開発を精力的に進めている。その中で、光・温度・pHに応答する高分子材料で作製した材料表面において、個々の細胞を光により遠隔的に接着・脱着させることに成功した。この接着・脱着のメカニズムを解明することは、当該技術の改良・実用化において必要不可欠であるが、従前の細胞-材料間相互作用の評価方法、すなわち、材料上に接着した細胞の形状観察や接着個数の計測では、当該材料上での外部刺激による微妙な細胞接着性変化を定量的に追跡することはできないことが判明し、本研究を提案するに至った。すなわち、水晶振動子上に形成させた刺激応答性材料表面上で細胞を培養し、水晶振動子の振動数を計測する。この振動数は水晶振動子と一定の相互作用で結合している物質の重量と関連付けられるため、細胞-材料間相互作用に変化が生じれば、振動数の変化として定量的に検出できるはずである。当該測定法を実現させるために、1)水晶振動子上への刺激応答性材料表面構築技術の確立、2)当該水晶振動子上で細胞を培養しつつ、光照射、培地組成の変化、温度制御などの外的刺激を与え、細胞の剥離を水晶振動子微小重量測定法(QCM)により連続的にモニターできるフロー型チャンバーの作製、を行った。その結果、光刺激によって引き起こされる、従来技術では検知できないほど微妙な細胞-材料間相互作用の変化を定量的に計測できることが可能となった。これら結果について国際学会で2回、国内学会で5回講演し、現在国際誌へ投稿すべく論文を準備中である。

本研究課題では、水晶振動子微小重量測定法(QCM)を用いてそのメカニズムを明らかにすることを目的とした。QCMでは、Sauerbreyの法則に基づいて水晶振動子の周波数変化がその質量変化に比例すると仮定して解析する。したがって、極めて微量の物質が水晶振動子に吸着した場合にも、鋭敏に検出することができる。昨年度の研究結果により、光刺激によって引き起こされるPRCSへの細胞の接着・脱着を、QCMにより検出できることが明らかになった。本年度は、材料に対する細胞の接着過程をPRCSに限らず広く様々な材料について詳細に検討したところ、材料への細胞の接着は、細胞が材料に接近し、物理化学的相互作用が生じる過程によって決定されることが明らかになった。しかしながら、PRCSおよび細胞は大量の水を含む粘弾性体であり、Sauerbreyの法則に基づく従来型のQCMでは、微妙な細胞-材料間相互作用の変化を定量的に計測することは不可能であった。そこで、水晶振動子の周波数減衰を動的に解析することにより、水晶振動子表面の材料の粘弾性変化を測定できるQCM-Dに着目し、デモ機を借用してPRCSに対する細胞の接着過程を詳細に検討したところ、幾つかの新しい知見を得ることができた(これについては現在投稿準備中)。なお、QCM-Dの装置については、本年度末に別予算で購入し、現在さらに詳細に研究を進めているとことである。本研究成果に基づき開発された改良されたPRCSは、その後科学技術振興機構の平成17年度大学発ベンチャー創出推進課題として採用された「二次元培養細胞マニピュレーション装置の開発」に応用されている。
シリコン・マイクロストリップ放射線検出器の開発研究

本研究では、次世代放射線飛跡検出器として最も有望であるシリコン・マイクロストリップ検出器の開発を目差して、シリコン・マイクロストリップ検出器発明の地であり、利用が最も盛んなヨーロッパと、信号読出し用高速LSIの開発の進んでいるアメリカ合衆国および半導体センサーの開発の進んでいる日本が共同で研究を行うもので、次世代の高輝度・高エネルギー衝突実験用の、信頼性と耐放射線性が高く、大規模実験にも使用可能なシリコン・マイクロストリップ飛跡検出器の開発が目的である。本年度は5月に本学主催の半導体飛跡検出器開発と応用に関する国際シンポジウムが開催された。我々の共同研究グループを含め、世界各国の第一線の研究成果を発表・討論することにより、残された問題点と目標が明らかになった。それは半導体バルク部の放射線損傷が結果として全空乏層化に必要なバイアス電圧を押し上げることが定量的に解かり、したがってマイクロストリップセンサーのブレイクダウン電圧の改良が次の開発目標であることが明らかになった。我々の共同研究成果もこのシンポジウムおよび秋のIEEE NSシンポジウム(サンフランシスコ)で発表した。我々の研究の成果は、シリコンマイクロストリップ検出器の最も重要なパラメターである読出し容量と全空乏化電圧について試作検出器についての測定とシミュレーション解析により、ジオメトリーと容量の関係、ジオメトリーと全空乏化に必要なバイアス電圧との関係を明らかにし、最適化設計の方法を確立したことである。また、放射線損傷により、マイクロストリップエッジにおいて微小アバランシェ放電が起こりやすくなる現象を見つけ、その解決が耐放射線性の高い、高信頼センサー開発のキ-ポイントであることを確認した。このエッジでの微小ブレイクダウンの起こりにくいAC結合型ストリップ構造を考案し、シミュレーションでその改良性能を算出した後、そのストリップ構造を持つマイクロストリップセンサーを試作した。基本性能を測定した結果、新しいストリップ構造が有効であることを確認したが強い放射線(500Kラド以上)を受けた場合にはまだ十分でなくさらなる改良が必要であることが判明した。しかし、この方向で開発の目標が達成できる見通しがついた。高放射線耐性および高信頼性信号読出しシステムの一方法としてディジタル読出しエレクトロニクスを開発し、センサーと組合わせてテスト検出器をつくり、高エネルギー研究所の高エネルギーパイ中間子ビームを用いて総合性能テストを実行した。その結果、ディジタル読み出しシステムが設計どおりの性能があることを世界で初めて確認し、IEEE NSシンポジウムで発表した。このディジタル信号読出し、処理システムは次世代の高信頼性・大規模シリコン・マイクロストリップ飛跡検出器システムには欠くことのできないものであることを実証した。10kガウスの磁場中に置いた場合の性能および、放射線のななめ入射の場合の性能テストも行った。結果はシミュレーションで予想される性能とよく一致しており、設計どおりであった。また、放射線耐性のよい両面読出し検出器としてはAC結合型信号読出しが必須であり、検出器上に作り付ける結合キャパシターの耐電圧特性も残された大きな問題であることが確認された。これに対して我々は酸化シリコンと窒化シリコンの二重膜を提案し、その二重膜を持つマイクロセンサーを試作した。この試作センサーについては現在基本性能の測定が続行中であるが、結合キャパシターの耐電圧特性、品質、信頼性ともに大きく改良されていることがわかったが、放射線損傷試験は今後残された課題である。

その結果、ディジタル読み出しシステムが設計どおりの性能があることを世界で初めて確認し、IEEE NSシンポジウムで発表した。このディジタル信号読出し、処理システムは次世代の高信頼性・大規模シリコン・マイクロストリップ飛跡検出器システムには欠くことのできないものであることを実証した。10kガウスの磁場中に置いた場合の性能および、放射線のななめ入射の場合の性能テストも行った。結果はシミュレーションで予想される性能とよく一致しており、設計どおりであった。また、放射線耐性のよい両面読出し検出器としてはAC結合型信号読出しが必須であり、検出器上に作り付ける結合キャパシターの耐電圧特性も残された大きな問題であることが確認された。これに対して我々は酸化シリコンと窒化シリコンの二重膜を提案し、その二重膜を持つマイクロセンサーを試作した。この試作センサーについては現在基本性能の測定が続行中であるが、結合キャパシターの耐電圧特性、品質、信頼性ともに大きく改良されていることがわかったが、放射線損傷試験は今後残された課題である。平成4年の4月より実寸大両面シリコン・マイクロストリップセンサーの設計を開始し,浜松ホトニクスの協力を得て8月に最初の試作センサーを製作した。このセンサーはこれまでの積みあげて来た研究成果のすべて盛り込んだもので,各マイクロストリップへのバイアス電圧供給抵抗,抵抗コンタクト面のnストリップ分離法,ストリップエッジの放射線損傷対策等に新しい工夫が施されている。この試作検出器の基本的な性質,性能については米国フロリダ州オランドーで開催された1992年IEEE学会核科学シンポジュームにおいて「Prototype Double Sided Silicon Sensor (DSSS) forSDC Detector」という題で研究代表者が発表した。米国共同研究者達の開発したシリコン・マイクロストリップ用特殊集積回路と試作センサーとを組み合わせて放射線検出器を組み上げ,高エネルギー物理学研究所において高エネルギー粒子ビームを用いて第一回目の性能テストを実行した。米国側から延べ4人の研究者が参加し,日本側は研究代表者を含め7人が参加した。実験データは現在解析中であるが予備解析の結果によれば,50マイクロメーターピッチのマイクロストリップセンサーの各々の面ともに,15マイクロメータの粒子通過位置分野能を持ち,当初の目標を初回のテストで達成していることが分かった。現在このセンサーの放射線損傷テストモ進行中である。センサー裏面のカップリングキャパシターの耐圧が十分でないことおよび不良ストリップ率があまり良くないこともわかったので,次のセンサーではこの点を改良する必要がある。
ゲノム連鎖とエピゲノムがもたらす抗酸菌の系統進化機構の解明

アメリカ、ミネソタ大学の微生物免疫部門に所属し、結核の研究において目覚ましい成果を上げつつあるBaughn博士とともに、互いのゲノム情報解析と機能ゲノム学的な研究の強みを生かして、基課題のゲノム情報学で導かれた3点の発見の普遍性の解明に取り組む。対象としては、近年、日本とアメリカなどの先進国で重要性が結核以上となっている、肺NTM症の原因細菌の一つであるM. aviumを用いる。これまで、Baughn博士の研究室において、機能ゲノム解析手法は、結核で確立してきた。これをM. aviumにおいても確立し、情報学的に見出された候補遺伝子機能を実験的に証明する。内定年度:2018アメリカ、ミネソタ大学の微生物免疫部門に所属し、結核の研究において目覚ましい成果を上げつつあるBaughn博士とともに、互いのゲノム情報解析と機能ゲノム学的な研究の強みを生かして、基課題のゲノム情報学で導かれた3点の発見の普遍性の解明に取り組む。
低分子ユビキチン様修飾因子の翻訳後修飾による進行性前立腺癌の治療

前立腺癌の成長に深く関与するTGFβ関連分子や癌抑制遺伝子であるp53、p21、p27kip1などの細胞周期関連蛋白、癌遺伝子などがユビキチン化によって発現制御されることが知られており、p27kip1を含めたcell cycle regulatorの発現も調整することで癌細胞の発育を制御しうる。同じくユビキチン・プロテアソームシステムのターゲットであるSmad7の発現は腫瘍の悪性度で癌細胞成長性にも抑制性にも働く。SUMOはユビキチンと似た酵素反応経路を利用してタンパク質に結合するがユビキチンがタンパク質分解のタグとなるのに対して、SUMOにはタンパク質分解のタグ機能はないという特徴を有する。進行前立腺癌に対する現在の標準治療であるアンドロゲン除去療法(ADT)を実施すると、ADTによる治療奏効が数年間は持続するもののやがては、テストステロン値が去勢レベルであるにも関わらず、ADT単独では腫瘍の悪性化をコントロールできない段階、すなわち去勢抵抗性前立腺癌(castration-resistant prostate cancer; CRPC)に進行する。CRPCは去勢後もアンドロゲン産生・代謝経路(androgen axis)に依存しつづけ、治療に抵抗性であり、化学療法で生存期間を改善することは困難である。このCRPCに至るメカニズムの解明はウロ・オンコロジストの積年の課題である。申請者らは翻訳後修飾タンパク質である低分子ユビキチン様修飾因子=Small Ubiquitin-related Modifier(SUMO)がAndrogen receptor(AR)活性化のみならず“androgen axis"に重要な働きを担うことに注目し、SUMOシステムを制御することで前立腺癌の発育をコントロールすることを証明し、CRPCの治療応用に繋げることを目標とする。翻訳後修飾タンパク質SUMOは、核内構造体タンパク質、クロマチンタンパク質、シグナル伝達因子等を修飾し、多くの生命活動の制御に役割を果たす。SUMOの翻訳後修飾機構が、細胞の環境応答や核機能に役割を担うことで染色体の不安定化をSUMOが防ぎ、癌化を抑制する可能性さえある。また癌化後も数多くの癌でSUMOの恒常性維持が失われていることは重要な点である。SUMO化の過程にはE2結合タンパク質とE3リガーゼの協調的な作用を必要とする。SUMOE2リガーゼであるUbc9はいくつかの癌での発現が明らかとなっており、初期の研究でもUbc9を癌治療のターゲットにする試みがなされている。SUMO化のE2リガーゼを発現調節することは細胞内の全てのターゲットをSUMO化することに他ならず、単純にUbc9を発現調節するだけでは癌治療に直結する成果には繋がらない。ところがSUMO化を特定の癌化シグナル分子に限定して行うことが可能であれば癌化の制御と癌治療が可能となる。CRPCに至るメカニズムとしてアンドロゲン受容体(AR)遺伝子の突然変異体、ARの増幅、ARのcoactivatorの活性化、そしてリガンド非依存性のARのリン酸化等が知られ、ARの変異の全てが深く関わっている。ARとcoregulatorはAR本来の活性化によっても、周囲のクロマチンの構造によっても様々な遺伝子の発現調節をすることが出来る。ARはテストステロンや5α-ジヒドロテストステロンなどの男性ホルモンの核内受容体であり、ユビキチン・プロテアソームシステムを介して分解されることが知られている。SUMOがARの活性化に関与する報告は既になされている。さらにARはSUMO E2であるUBC9と直接結合し、UBC9はAR内の残基K386とK520をSUMO化に利用することが証明されている。そしてUBC9のSUMO化はARの活性化の抑制をもたらし、さらにARのDNAへの結合阻害をもたらす発見がなされた。SENP1の発現を上昇させることで脱SUMO化を介してARの活性化を来たすことが判明した。このことは前立腺癌組織でSENP1が過発現していることと表裏一体をなしている。動物モデルとして、前立腺癌のモデルマウスのみならず、教室内で尿路上皮癌の同所異種移植モデルを確立するにいたった。具体的にはマウスを麻酔下に開腹し、200,000個の癌胞癌株253JB-Vを50μLのマトリジェルに懸濁後、膀胱壁に移植し、ヒト膀胱癌同所異種移植モデルを確立した。麻酔として塩酸メデトミジン0.3mg/kg+ミダゾラム4mg/kg+酒石酸ブトルファノール5mg/kgになるように生理食塩水で希釈し、腹腔内注射する。当科で施行したpreliminaryな実験で凡そ4週で数ミリ大の腫瘍を形成することをすでに確認できた。泌尿器科全般泌尿器癌の同所異種移植モデルを確立したことで、薬剤治療の効果をin vitroのみならずin vivoで確認できる。

多方面からの目標の達成に向けて、主にIn vivoでの実験系を進めている。現状では、さまざまなSUMOを中心としたシグナル調節による抗腫瘍効果を得る結果が出ており、解析を進めている。前立腺癌に限らず種々の細胞培養を通して細胞ストレスの実験の準備を行っている。また、マウスの実験に取り掛かる過程にもある。In vivoでの尿路性器腫瘍のモデルを構築し、コントロール群、治療群のマウスモデルを作成し、SUMOシグナル関連の刺激調節により治療効果を得る方策を探る。SUMOの恒常性維持が多くの癌で失われていることが知られてる。SUMO化の過程にはE2結合タンパク質とE3リガーゼの協調的な作用を必要とする。SUMO化のE2リガーゼであるUbc9はいくつかの癌での発現が知られており、初期の研究でもUbc9を癌治療のターゲットにする試みがなされている。SUMO化のE2リガーゼを発現調節することは細胞内の全てのターゲットをSUMO化することに他ならないが、もしSUMO化を特定の癌化シグナル分子に限定して行うことが可能であれば癌化の制御と癌治療が可能となることは間違いない。この点に着目し、SUMO化と癌の悪性度の関連を明確にする予定である。該当なし
X線照射下で抗癌活性を発現するスマートドラッグの開発

内包した薬剤を患部まで送達し放出するナノキャリアシステムは、最小量の薬剤投与による最大の薬効発現ならびに副作用の低減が期待され、がんに代表される重篤な疾患の治療に応用されつつある。しかし、内包された薬剤の放出が不完全なために、患部への集積が達成されたにも拘らず、期待された薬効が得られない場合が多い。本研究では外部刺激としてのX線照射および光照射に応答して薬剤を放出し得るナノドラッグキャリアシステムを構築することを試みた。具体的にはアゾベンゼン誘導体をX線応答部として、一方ニトロベンゼン誘導体を光応答部としてもつ両親媒性化合物を合成し、そのドラッグキャリアとしての特性と刺激応答特性を調べた。「薬剤が疾患部位だけで選択的に効果を発する」ことは、理想的な治療薬の形である。この問題の解決法の一つとして、着目されている手法がドラッグターゲティングである。この手法は、薬物を病変した部分にだけ選択的に運搬して、そこで機能させることで副作用を減らすとともに、治療効果を飛躍的に上げようとするものである。本研究では、放射線活性化型プロドラッグ開発の一環として、外部刺激としてのX線照射に応答して薬剤を放出するナノドラッグキャリアシステムの構築を試みた。従来までの研究から、ジスルフィド結合をもつ各種化合物の水溶液にX線を照射するとジスルフィド結合が還元的に切断されることを見出している。そこで、本研究では、このジスルフィド結合のX線開裂反応を応用して、X線照射によって崩壊するナノキャリア分子を開発した。具体的には、オクタデカン基を疎水部、3量体のオリゴDNAを親水部とし、これらをジスルフィド結合で結んだOcta-DNAを両親媒性化合物としてデザインした。Octa-DNAをDNA自動合成機を用いて合成した後、HPLCを用いて精製した。化合物の生成はMALDI-TOF MSにより確認した。Octa-DNAのX線照射による分解を調べた。Octa-DNAの水溶液にヒドロキシルラジカル捕捉剤として2-methyl-2-propanolを添加し、X線を照射したところ、速やかに分解されたことがわかった。この結果は、Octa-DNAがX線活性化型のドラッグキャリアになり得ることを示している。本研究では外部刺激としてのX線照射に応答して薬剤を放出し得るナノドラッグキャリアシステムを構築することを目的として、高い還元特性を持つアゾベンゼン誘導体をX線応答部として持つ会合体を設計した。水溶液中で会合する特性を持つ両親媒性化合物としてアゾベンゼン含有DNA (DAM-Azo)を合成した。続いて、DAM-Azoに疎水性化合物が内包されるかを、ピレンの蛍光スペクトルにより観察した。その結果、臨界会合体形成濃度が約200&#61549;Mとされる会合体を形成することが明らかとなった。また、ピレンを内包するDAM-Azo会合体の水溶液中に100GyのX線を照射したところ化合物が分解され、内包したピレンが放出されることを確認した。当初の予定通りX線照射によって活性化されるプロドラッグ候補化合物の合成を進めた。大量の薬剤を一度に放出する分子システムとして、X線照射によって崩壊するドラッグキャリアの合成と評価を進めた。当該キャリアが効率よくX線による還元反応を受けて崩壊することを明らかにした。生物有機化学引き続きプロドラッグ候補化合物の合成と評価を進める。機能が確認できた化合物から細胞および動物を用いた機能評価を行う。
優れたトンネル型磁気抵抗特性を示す酸化物ハーフメタルの探究

高いスピン偏極度を持ちスピントロニクス応用が期待されるハーフメタル物質は、現時点ではホイスラー合金類と4種の酸化物が知られているのみである。そこで本研究では、新規ハーフメタル酸化物の探索研究をおこない、同時にハーフメタル電子構造の発現に強く関わるパラメータを探究することを目的とする。本年度の主な研究成果を以下に列挙する。・Feを含むスピネル化合物群において、新規ハーフメタル材料の探索を行った。本研究では、これまであまり報告例の多くないInFeMO4(M=Co,Ni,Ni,Cu,etc.)に注目し、高品質試料の作製とそのキャラクタリゼーションを行ったところ、次のような知見を得た。(i)M元素の種類に応じてスピネル相もしくは菱面体相が安定化される(ii)M=Coの物質は強磁性の絶縁体であり、半導体的挙動を示すと報告している過去の文献と一致しない(iii)^<57>Feメスバウアー分光の結果、M=Coにおいてハーフメタル発現の鍵を握ると考えられる混合原子価状態の弱い成分を確認した。・ハーフメタルの発現が期待される層状Fe酸化物の合成とキャラクタリゼーションを行った。その結果、Ruddlesden-Popper相の一種であるSr_3Fe_2O_<7-δ>が大気中の水分とトポタクティック反応を起こし、結晶構造中に水分子を含む誘導体に転換することを見出した。それとは対照的に、類似物質であるSr_2Y_<0.5>Ca_<0.5>(Fe_<1-x>Co_x)_2O_<7-δ>は水との反応性を持たないことが判明し、現在、含水誘導体の生成を支配するパラメータを明らかにするべく研究を続けている。本プロジェクトは平成16年11月24日より開始され、現在は以下に述べる実験準備を行っている最中である。既知の酸化物ハーフメタル4種のうち2種が(結晶構造が異なるものの)Fe酸化物である事実を踏まえ、様々な構造のFe酸化物を合成し、それらの磁気・輸送特性と(中性子回折に基づく)結晶構造、及び(メスバウア分光に基づく)Feの原子価状態との相関を解明する。さらに、結晶構造データに基づくバンド計算によりハーフメタル特性を確認する。本研究では特に、ハーフメタル発現の鍵を握る混合原子価状態を持つことが予想されるスピネル型酸化物InFeCoO_4に注目し、現在までに合成条件を最適化し高品質試料の作製に成功している。今後はナノスケールにおける結晶粒径の制御手法の確立を目指し、得られた試料について結晶構造解析及び物性評価を行う予定である。