hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超純水の衝突による絶縁膜上の帯電に関する研究

本研究は高純度の水を薄い絶縁物上に衝突させたときに、絶縁物上がどのように帯電するかの基礎的デ-タを得ようとしたものである。得られた結果から帯電抑制の方法を探ることを目的とした。用いた絶縁物はPTFE(テフロン)、ポリエチレン、シリコ-ンゴム、合成ゴムであり、厚さは50μm8mmである。使用した水は抵抗率で最大10MΩcmの高純水である。水の衝突後の絶縁物上の帯電電圧の測定から、次のことが明らかになった。1.帯電電圧の最大値は水の衝突位置から12cm離れた場所である。2.帯電電圧は水の抵抗率、絶縁物の抵抗率および絶縁物の厚さに依存し、それらが大きくなるほど増加する。さらに、水の接触による絶縁物上の帯電電圧の測定から次のことがわかった。3.帯電していない絶縁物上に帯電していない水を滴下した場合、水滴上に大きな電圧が発生する。4.水と絶縁物の接触により発生した水中の電荷の一部は界面電気二重層を形成し、残りは水のバルク中に存在する。5.水の接触量を増加させると、帯電電圧は衝突時の帯電電圧に匹敵するほどの大きさになる。6.したがって、衝突帯電の大部分は接触帯電に起因すると考えられること、および衝突帯電の抑制のためには接触帯電機構を解明する必要があることが明らかになった。今後は、抵抗率が10MΩcm以上の超純水および50μm以下の絶縁薄膜を使った測定を行う。さらに接触帯電の測定を詳細に行う予定である。昭和63年度の研究の達成目標は測定系の基本的な部分を完成させること、および衝突帯電電位に及ぼす水の抵抗率、衝突速度等の影響に関する測定を行い帯電機構の基本的な特性を理解することにあった。測定系は一応完成し、次の新たな知見が得られた。1.帯電電圧の最大値は水の衝突位置から12cm離れた地点である。2.帯電電圧は水の抵抗率に依存し、抵抗率が増加するほど大きくなる。たとえば、10Mcrcmの超純水を厚さ8mmのテフロン上へ衝突させる場合、最大電圧は2000V以上に達する。3.帯電電圧は衝突させる固定絶縁物の厚さに依存し、厚くなるほど帯電電圧は増加する。しかし比例関係にはない。4.帯電電圧は水の衝突速度に依存し、高速になるほど帯電電圧は大きくなる。5.帯電電位は個体絶縁物の抵抗率に依存し、テフロン>ポリエチレン>シリコーンゴム>合成ゴムの順に大きくなる。6.個体絶縁物は水の接触によっても帯電する。たとえば、8mmの厚さのテフロン上に超純水の接触によっても帯電する。たとえば、8mmの厚さのテフロン上に超純水を接触させたのち取り除いた場合、帯電電圧は最大300Vに達する。平成元年度はつぎの項目に研究の力点をおく1)上述の特性を詳細に調べる。2)10Mcrcm以上の超純水での測定を行う。そのために送水系の改良を行う。3)50μm以下の絶縁体薄膜での測定を行う。4)得られた結果から帯電抑制の方法を検討する。平成元年度は10MΩcm以上の超純水およびμmオ-ダの厚さの絶縁膜を使った測定に重点をおく予定であった。しかし現有する送水系ではこれ以上水の抵抗率を上げるのが困難なこと、およびμmオ-ダの絶縁膜では数V程度の電圧しか得られず、より高精度の表面電位計が必要であることが明らかになった。そこで本年度は50μm以上の絶縁膜を使って水の接触帯電と衝突帯電の関係について詳細に測定した。得られた知見を以下に述べる。1.帯電していない絶縁膜上に帯電していない水を滴下した場合、水滴上にかなり大きな電圧が発生する。

2.絶縁物との接触により発生した水中の電荷は、一部は界面電気二重層を形成し、残りは水のバルク中に存在する。3.接触帯電電圧はたずkΩcm10MΩcmの範囲で水の抵抗率に依存しない。衝突帯電電圧が水の抵抗率の減少にともない小さくなるのは、衝突中に試料が水でおおわれるため絶縁物上の電荷が緩和することによるものと考えられる。4.5mmの厚さのPTFE(テフロン)に100滴の水を接触させた場合、水を取り除くとPTFE上の電位は-1500Vに達する。この値は衝突帯電時の値とあまり変わらないことから、衝突帯電は大部分接触帯電に起因することが示唆される。5.したがって接触帯電機構を解明することが衝突帯電の抑制につながることが明らかになった。今後は次の項目に研究の力点をおく1.10MΩcm以上の超純水領域の測定を行う。そのため測定系の改良を行う。2.50μm以下の絶縁薄膜での測定を行う。3.接触帯電の測定を詳細に行う。
強力な抗癌活性と特異な化学構造を有する天然有機化合物の全合成と構造活性相関

癌細胞に対する細胞毒性や転移阻害活性を持つとともに,特異な化学構造を有する生物活性天然有機化合物を標的として,斬新な合成戦略と方法論を駆使することにより数々の天然物の全合成及び形式合成に成功した。ほとんどの研究が当該化合物の世界初の全合成を達成したものである。構造活性相関については,構造的修飾が比較的容易な浸潤阻害活性物質lupinacidin類について実施し,天然物とほぼ同等な活性を有する化合物を見出した。癌細胞浸潤阻害活性を有するalchivemycin類の構造的特徴の一つであるテトラヒドロ-1,2-オキサジン-3,5-ジオン構造の一般的合成法として,5-アシル-2,2-ジメチル-6-[(ヒドロキシアルキルアミノ)メチル]-4H-1,3-ジオキシン-4-オンのケテン経由熱分解法を開発した。現在,予想生合成経路に基づき,分子内Claisen縮合を用いるより効率的な合成経路を検討中である。強力な抗癌作用を持つlactimidomycinについては,S,O-ケテンアセタールとスズ触媒を用いる不斉アルドール反応,Z選択的ヨードメチレン化,Stilleカップリング,山口マクロラクトン化を鍵反応として,標的分子の右側3分の2に相当するFurstnerの全合成中間体に到達し,形式全合成を達成した。既に,丸岡法による不斉アリル化と小林法によるビニロガス向山不斉アルドール反応を用いて,マクロラクトン環を除いた分子左側部位の調製にも成功しているので,全合成の完成は間近となっている。nigricanoside類の合成については,構成成分であるトリヒドロキシ不飽和脂肪酸の一般的合成法の開発に成功し,原著論文として報告した。現在,その方法論を用いてnigricanocide類に含まれる実際の脂肪酸成分の合成を行なっており,反応条件の最適化の必要は残るものの,ほぼ合成を完了している。その他,癌細胞浸潤阻害活性を持つアントラキノン型天然物であるlupinacidin類の全合成を完成し,原著論文として報告した。各種誘導体の調製も一通り終了し,早急に構造活性相関を調べる予定である。マメ科植物の根粒に内生する放線菌が生産するアントラキノン型天然物であるlupinacidin C(癌細胞浸潤阻害活性)の全合成を達成することにより,全てのlupinacidin類の統一的合成法を確立した。シクロヘキサジエン誘導体と脱離基を持つベンゾキノン誘導体とのDiels-Alder反応,スルフェン酸及びエチレンの脱離を連続的に行ない,lupinacidin類の全炭素骨格を一気に構築する効率的合成経路を見出した。また,10種余の類縁体を合成し,構造活性相関を目的とした生物活性の評価を実施しているところである。癌細胞に対する細胞毒性を有する還元型ピラン環含有マクロリドであるaspergillide類については,プロリンを触媒として用いることで,テトラヒドロピラン環のシス-トランス異性化反応が円滑に進行することを見出し,aspergillide Cの全合成を達成するとともに,全てのaspergillide類の統一的全合成を完了した。また,極めて稀な4,5-seco-caryophyllane骨格を有する細胞毒性物質rumphellaone Aの初の全合成を,Sharpless不斉エポキシ化とStork型シクロブタン化を組み合わせることに達成した。現在,関連化合物の合成にも着手している。極めて強力な癌細胞浸潤阻害活性を有するlactimidomycinについては,不斉合成反応とビニロガス向山アルドール反応,Stilleカップリング,山口ラクトン化などにより,従来報告されている方法より短工程で効率的な形式全合成を達成するとともに,標的分子の全炭素骨格と立体化学を具備した化合物の調製まで到達した。極めて特異な化学構造を有する癌細胞増殖阻害活性物質であるnigricanoside Aのα鎖の調製にも成功した。各種の癌細胞に対する細胞毒性や転位阻害活性を有する天然有機化合物の全合成研究を実施した。天然物としては極めて稀なジベンゾジアゼピノン骨格を有する放線菌生産物BU-4664L(浸潤抑制物質)については,Buchwald-Hartwigカップリングを鍵反応とする初の全合成を達成した。海洋性のカビが生産するジヒドロイソクマリン環/異常アミノ酸連結構造体であり,類縁化合物の中で唯一の1,4-オキサゼピノン構造を有するSg17-1-4(細胞毒性物質)については,ジヒドロイソクマリン環の簡便で効率的な新規不斉合成法を確立して,高効率・短工程の形式合成を完成した。植物内生菌が生産する9環性エポキシキノール型天然物pestaloquinol類(細胞毒性物質)については,Sharpless不斉ジヒドロキシル化とDiels-Alder反応などを経由して単量の調製を完了した。ピコモルオーダーの強力な癌細胞転移阻害活性を持つグルタルイミド/12員環マクロライド混成型構造のlactimidomycinについては,不斉ビニロガス向山アルドール反応,小林型不斉アルドール反応,スティールカップリング,山口マクロラクトン化を巧みに用いることにより,僅か10工程,通算収率35%の極めて効率的な形式合成を達成した。

僅か数例しか知られていない4,5-セコカリオフィラン型構造を有するサンゴ生産物rumphellaone Aについては,Sharpless不斉エポキシ化とStork型シクロブタン化反応を組み合わせることにより初の全合成を達成するとともに,類似天然物の全合成にも適用可能な合成ルートを確立した。本研究の合成目標である抗癌作用を有する天然物のうち3種の全合成を完了するとともに,1種については形式全合成を達成した。また,nigricanoside Aについても部分構造の合成経路を確立し,各合成ユニットを連結する段階まで到達している。しかしながら,癌細胞浸潤阻害物質であるarchivemycinの全合成については,これまで見出されたことの無いN-Oラクトン構造部位の効率的な構築法を確立するに至っていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。lupinacidin類及びその類縁体の生物活性評価の結果を待って,更なる構造活性相関研究のための合成研究を実施する。また,最近全合成を達成した癌細胞浸潤阻害活性物質BU4664Lについても,構造活性相関研究を実施する。加えて,lactimidomycinの全合成の完成,archivemycinの合成ルートの開発推進,nigricanosideの立体化学決定に向けた合成化学的取り組みを行なう。更に,癌細胞増殖抑制物質pestaloquinol類についても,全合成の最終段階に有り,今年度中の完成を目指す。
援助要請行動回避型学生へのメンタルヘルス教育プログラムの開発

平成29年度、従来のメンタルヘルス教育プログラムの受講後に援助要請行動が促進された学生と促進されない回避型の学生の個人要因の違いを検討した。その結果、自己効力感や社交性の低い人、他者の目を気にする恥意識の強い人は促進効果がないと明らかになった。平成30年度は当初予定していたとおり、前年度の研究結果を踏まえてのメンタルへルス教育プログラムの開発を遂行した。具体的には、自己効力感、社交性、恥意識に働きかけるメンタルヘルス教育プログラム改変のための研究を行った。援助要請回避型に不足しているレジリエンス要因の促進のため、プログラムに組み込むワークを“resilience program for adult"(Barrett2006)のファシリテータープログラム研修を受け、参考にした。また、より生態学的な妥当性を踏まえてプログラムを作成していくために、大学生約100名を対象にエピソード法を用いた調査を行った。当初、予定していた学生相談機関への来談率の高い先駆的な取り組みを行っている国内外の大学への視察調査を実施できなかったので、2018 Anual ConferenceAUCCCD(The Association of College Counseling Center Directors)に参加し、全米での学生相談機関のレジリエンス教育についての知見を集めた。これらの成果をもとに、短時間で実施するメンタルヘルス教育の仮プログラムを試作した。今年度、予定していた調査は実施したが、前年度の研究結果(恥意識への介入方法の必要性)が当初予定していた計画より、広範囲の調査が必要となり時間を要したため、全体の進捗が遅れている。また、視察調査が実現しなかったため、研究費の未執行分が出た。令和元年度は、短時間バージョンでのメンタルヘルス教育プログラムと従来のプログラムの効果比較を早期に検証する。また、平成30年度に未実施だった先駆的試みをしている大学の視察についても進めているところである。継続バージョンでのメンタルヘルス教育プログラムは作成し、効果検証を実施する具体的企画も立てられているので、最終的には研究計画どおりに遂行予定である。本年度は、研究代表者が所属機関を異動したため、新たに、異動先所属機関での倫理委員会審査を経た後、研究を開始した。研究計画に沿って、研究1として、研究代表者と分担者が既に開発済みのメンタルヘルス教育プログラムを大学生に行い、受講する前後にレジリエンス、自己肯定感、コーピング、自己隠蔽要因に関する質問紙調査を大学生286名に実施した。受講前でも、相談機関に行きやすい人は行きにくい人に比べ、自分の行動に意味づけをする傾向が高かった。また、受講後、相談機関に行きやすくなった人は行きにくいままの人に比べて、自己効力感、否定的認知、コントロール力、社交性、楽観性、解決志向、対他的意識、意味づけ対処が高かった。受講後の援助要請行動に変化があった人は変化がなかった人よりも自己効力感が高く、恥や相談行動へのハードルの高さが修正されたが、変化がなかった人は受講後も相談行動への抵抗や恥の意識が変化しない人が多かった。これらの結果より、大学生の援助要請行動には、自己効力感と自分に起こる状況に意味づけをしようとするコーピング力、恥の意識が関与していることが示唆された。続いて、研究2として、メンタルヘルス教育プログラムを受講してから半年後の援助要請行動の変化について、大学生163名を対象として、調査したところ、相談機関への行きやすさと精神的健康度については、受講した人としていない人との間に差は見られなかった。しかし、行きにくい人は精神的健康度が低いという結果が示された。更にメンタルヘルスに関する啓発教育は1度だけではなく、継続的に行う必要性が明らかになった。これらの成果の一部は,既に国内学会での発表を行い、学会誌への投稿への準備をしている。研究計画にそって、おおむね研究活動を推進することができた。しかし、当初予定になかった研究代表者の所属機関異動により、研究環境の整備や着手が遅れ、研究対象者数の確保がやや難航している。引き続き、対象者の確保を進める予定である。

また、視察調査が実現しなかったため、研究費の未執行分が出た。本年度、次の研究段階で参考にするレジリエンスプログラム研修が実現しなかったので、次年度の研究推進のための、資料収集等のため、国内外の研修参加・視察と本年度の成果発表を国内学会で行う予定である。また、本年度得られた結果に基づき、メンタルヘルス教育プログラムの修正に手掛ける。令和元年度は、短時間バージョンでのメンタルヘルス教育プログラムと従来のプログラムの効果比較を早期に検証する。また、平成30年度に未実施だった先駆的試みをしている大学の視察についても進めているところである。継続バージョンでのメンタルヘルス教育プログラムは作成し、効果検証を実施する具体的企画も立てられているので、最終的には研究計画どおりに遂行予定である。本年度、英文投稿を予定していたが、進捗が遅れたため、予定していた翻訳のための人件費等の支出が次年度に繰り越すことになった。現在、投稿作業を進めているので、次年度は使用予定である。平成30年度に予定していた、国内の先駆的大学への視察が未実施であったことと、大学生を対象にエピソード法を用いた調査の実施が遅れているため、調査研究のために予定していた費用が未執行となった。令和元年度に、実施し使用する予定である。
葉緑体の系譜の葉緑体遺伝子全構造からの解明

葉緑体の遺伝子構造(配列)から藻類の進化を解明するため、今年度は海産緑藻であるミナトハネモのオルガネラ画分DNAの配列を約30キロベース解読した。これらのDNAの塩基配列の相同性をDNAデータベースで調べると、他の藻類の葉緑体に相同な配列は見あたらず、ミトコンドリアに対して高い相同性を示したので、これらはミトコンドリアの配列と判断された。配列の詳細な解析は行っていないが、GC含量では約55%と他の生物のミトコンドリアが30%から40%台前半のGC含量を有するのに比べ著しく低い値であった。従って、ミナトハネモは進化上きわめて特殊な藻類である可能性が示唆された。ここれとは、別に緑藻を中心とした代表的な藻類のrbcLおよびpsbAの遺伝子配列をPCRにより増幅して解読してデータベースのものと比較した。その結果、rbcLでは藻類がシアノバクテリアとプロテオバクテリア系統の2系統に分けられるなど、これまで考えられていた系統関係と異なった結果を与えた。psbAではある種のプラシノ藻(Mesostigma)が陸上植物の祖先である可能性が強く示唆された。また、ミナトハネモはクラミドモナスに高い類縁性を示し、ssurRNA配列での系統的位置とは異なった結果であった。ssurRNA配列も含めて、それぞれの配列が与える系統関係は少しずつ異なり、この原因が葉緑体の複雑な共生の歴史に由来するものと類推されるが、系統樹作製法の限界もあり、今後より多くの情報を基にさまざまな手法で検討が必要であろう。
膠原病モデルマウスの放射線に対する高感受性に薬剤が与える影響の検討

膠原病患者に対する放射線治療は有害事象の増加が示唆されている。当研究室にて行われた関節リウマチモデルマウス(McH-lpr/lpr-RA1)を用いた先行研究においても、放射線照射に対する皮膚・肺の有害事象の増加を認めた。本研究では関節リウマチモデルマウスおよびその他の自己免疫疾患モデルマウスにおいて、放射線照射に対する有害事象の定量的な検討を行い、その修飾因子として薬物が与える影響を検討することが目的である。先行研究で用いたものとは別系統の自己免疫疾患モデルマウスとして、SLEモデルマウス(MRL/lpr)や全身強皮症(SSc)モデルマウスが開発されており、放射線照射に対する有害事象を検討するために適した系統の選定が遅れており、現時点では新たな系統のマウスの購入・繁殖には至っていない。新たな系統の自己免疫疾患モデルマウスでも先行研究と同様の片肺部分照射における皮膚および肺の放射線障害の程度を定量的に評価行い、系統別に放射線感受性の違いについて評価する予定である。また、関節リウマチモデルマウス(McH-lpr/lpr-RA1)については自施設における先行研究において放射線に対する高感受性が確認されていることから、この高感受性に薬剤が与える修飾効果について評価することが目的である。近年、難治性関節リウマチに対する生物学的製剤の有効性が示されており、実験計画ではインフリキシマブ投与後の関節リウマチモデルマウスへの放射線照射を予定していた。実験計画でインフリキシマブ投与量と投与スケジュールを検討したところ、予算内での薬剤調達が困難であった。このため、薬剤の変更を含めた実験計画の再作成が必要となり、研究実施が遅れている。実験計画ではインフリキシマブ投与後の関節リウマチモデルマウスへの放射線照射を予定していたが、実験計画でインフリキシマブ投与量と投与スケジュールを検討したところ、予算内での薬剤調達が困難であった。関節リウマチに対してはメトトレキサートやステロイドなどといった生物学的製剤の他に広く用いられ、有効性が認められている薬剤があり、生物学的製剤よりも安価である。これらの薬剤が放射線感受性に与える影響について報告されたものはなく、薬剤を変更して実施可能な実験計画での検討を行いたいと考えている。実験計画が遅れており、今年度より物品購入や動物実験に関わる費用が必要となったため。
ヘリックス形成ペプチドの超薄膜調整と非線形効果

C末端にクラウンエーテルを結合した疎水性ヘリックスペプチドを幾つか合成した。また、鎖長の長い疎水性ヘリックスペプチドの合成も行った。合成は液相法により行い、生成物の同定は、NMRによって行った。クラウンエーテルを結合したペプチドを,気/液界面に展開してπ-A曲線を調べた。水相にK^+あるいはBa^<2+>が存在する場合には、等温曲線は表面積の大きい方へシフトした。これは、クラウンエーテルユニットと金属イオンとの間で錯体形成が起こり、錯体間の静電反発のための分子占有面積が増大したためと考えられる。このようなシフトは、Li^+やCa^<2+>イオンの存在では観測されず、クラウンエーテルユニットの金属イオン選択性は保存されていた。また、錯体形成の平衡定数は水中での値に近く、ヘリックスペプチドとクラウンエーテルユニットは、水中に存在していると考えられる。ペプチド単分子膜の圧縮にともない、表面圧はマウンドを経て上昇し固体膜となるが、このときの分子占有面積は約300Å^2であり、ヘリックス軸は気/液界面に平行であることがわかった。鎖長を16量体から24量体に伸ばした、両末端を保護したペプチドを、気/液界面に展開してπ-A曲線を調べた。クラウンエーテルを結合したペプチドと異なり、圧縮にともなうマウンドは観測されず、固体膜になりやすいことが示された。また、このときの分子占有面積は73Å^2であり、ヘリックス軸は気/液界面に垂直であることがわかった。24量体ペプチドの単分子膜を石英基板上に移し取り、CDスペクトルを測定したところ、α-ヘリックス構造を示すダブルミニマム型であった。これらより、24量体ペプチドは気/液界面でα-ヘリックス構造を形成し、目的とする垂直配向をとっていると考えられる。
NP完全問題における離散断熱量子計算の研究

この報告書は,離散断熱量子計算を用いて、NP完全問題として充足可能性問題である3-SAT問題、そして、隠れ部分郡問題としてドイチ問題やドイチ・ジョサ問題、ベルンシュタイン・ヴァジラニ問題、サイモン問題を広範囲に含めた量子アルゴリズムを研究したもので、その効果を検証するシミュレーション実験を行い、断熱量子計算で使うステップ・パラメータを線形から非線形化することにより、計算量の少ない効率的な解探索方法を研究した。量子コンピュータの研究が注目されているが、特に、量子アルゴリズムの新しい手法として最近注目されている断熱量子計算(Adiabatic Quantum Computation)がある。本研究では、特に、断熱量子計算に着目して、NP完全の充足可能性問題(SAT)やNP困難なナップザック問題、巡回セールスマン問題、集合2分割問題などの組み合わせ最適化問題に適用して、その効果を検証するシミュレーション実験を行い、計算量の少ない効率的な解探索方法を研究した。初年度は、隠れ部分群問題に総括される代表的な量子アルゴリズムとしてドイチ・ジョザ問題やサイモン問題、ベルンシュタイン・バジラニ問題のアルゴリズム、そして、ショアの因数分解アルゴリズムがあるが、特に、最も量子アルゴリズムの基本となるドイチ問題における断熱量子計算で一定の成果が得られた。断熱量子計算で用いられるステップ・パラメータを非線形関数に適応することにより、解探索に高い確率で得ることが出来た。隠れ部分郡問題の最も基本となるドイチ問題で成果が得られたことは、それを基本とする他の問題にも適応可能で、その波及効果は大きいと期待され、今後の量子ビット数を増やして、同じ効果が得られるか確かめる必要がある。現在、NP完全の充足可能性問題(SAT)で100ビットまでの問題に分散並列処理を用いて並列量子コンピューティングに挑戦しており、その成果が期待される。量子コーンピュータの研究が注目されているが、特に、量子アルゴリズムの新しい手法として最近注目されている断熱量子計算(Adiabatic Quantum Combutation)がある。初年度は、隠れ部分群問題に総括される代表的な量子アルゴリズムとしてドイチ・ジョザ問題やサイモン問題、ベルンシュタイン・バジラニ問題のアルゴリズム、そして、ショアの因数分解アルゴリズムがあるが、特に、最も量子アルゴリズムの基本となるドイチ問題とドイチ・ジョザ問題、充足可能性問題(SAT)における断熱量子計算で一定の成果が得られた。また、量子もつれ状態を考慮した研究も行った。隠れ部分郡問題の最も基本となるドイチ問題とドイチ・ジョザ問題、充足可能性問題(SAT)で成果が得られたことは、それを基本とする他の問題にも適応可能で、その波及効果は大きいと期待され、今後の量子ビット数を増やして、同じ効果が得られるか確かめる必要がある。現在、NP完全の充足可能性問題(SAT)でビット数を上げて分散並列処理を用いて並列量子コンピューティングに挑戦しており、その成果が期待される。離散断熱量子計算を用いて、NP完全問題として充足可能性問題である3-SAT問題や隠れ部分郡問題としてドイチ問題やドイチ・ジョサ問題、ベルンシュタイン・ヴァジラニ問題、サイモン問題を広範囲に含めた量子アルゴリズムを研究したものである.近年、量子コンピュータの研究が注目されているが、特に、量子アルゴリズムの新しい手法として最近注目されている断熱量子計算がある。本研究では、特に、断熱量子計算に着目して、NP完全の充足可能性問題やドイチ問題、ドイチ・ジョサ問題、ベルンシュタイン・ヴァジラニ問題、サイモン問題などの組み合わせ最適化問題に適用して、その効果を検証するシミュレーション実験を行い、計算量の少ない効率的な解探索方法を研究した。初年度は、隠れ部分群問題に総括される代表的な量子アルゴリズムとしてドイチ問題やドイチ・ジョザ問題、サイモン問題、ベルンシュタイン・バジラニ問題のアルゴリズム、ショアの因数分解アルゴリズムがあるが、特に、最も量子アルゴリズムの基本となるドイチ問題とドイチ・ジョザ問題、充足可能性問題における断熱量子計算で一定の成果が得られた。更に、隠れ部分郡問題の最も基本となるドイチ問題とドイチ・ジョザ問題、充足可能性問題(SAT)、サイモン問題、ベルンシュタイン・バジラニ問題で成果が得られたことは、それを基本とする他の問題にも適応可能で、その波及効果は大きいと期待され、今後の量子ビット数を増やして、同じ効果が得られるか確かめる必要がある。現在、NP完全の充足可能性問題でビット数を上げて分散並列処理を用いて並列量子コンピューティングに挑戦しており、その成果が期待される。量子アルゴリズムの基本となるドイチ問題とドイチ・ジョザ問題、充足可能性問題(SAT)における断熱量子計算で一定の成果が得られた。

断熱量子計算で用いられるステップ・パラメータを非線形関数に適応することにより、解探索に高い確率で得ることが出来た。24年度が最終年度であるため、記入しない。ドイチ問題とドイチ・ジョザ問題、充足可能性問題(SAT)で成果が得られたことは、それを基本とする他の問題にも適応可能で、その波及効果は大きいと期待され、今後の量子ビット数を増やして、同じ効果が得られるか確かめる必要がある。現在、NP完全の充足可能性問題(SAT)でビット数を上げて分散並列処理を用いて並列量子コンピューティングに挑戦している。
深海生態系の人為起源物質による汚染過程の基礎的研究

ハダカイワシ科魚類は、全世界の深海に10億トンオーダーの生物量で生息し、深海生態系の主要構成要素である。これらの魚類の多くは、夜間100m以浅の餌の豊富な表層へ摂餌のために浮上し、夜明けとともに深海へ戻っていく。この摂餌のための日周鉛直移動によって大量の物質が深海生態系に運び込まれており、陸域から海洋の表層へ流入した有機塩素化合物や有機スズといった人為起源汚染物質もその例外ではない。本研究は、西部北太平洋のハダカイワシ科魚類各種の日周鉛直移動のパターンを明らかにし、その主要種の摂餌習性を明らかにした。これらの生態学的特性と各種への汚染物質の蓄積パターンを対応させて、その汚染過程を明らかにした。分析対象種として、顕著な日周鉛直移動を行うトドハダカ、カガミハダカ、鉛直移動を全く行わないセッキハダカ、ミカドハダカ、一部の個体群が夜間浮上するコヒレハダカ、マメハダカを選んだ。分析対象とした汚染物質は、有機塩素化合物のPCBs、DDTs、CHLs、HCHs、HCB及び有機スズ化合物(TBT、DBT、MBT)である。各汚染物質は、特有の物理・化学的性質をもつために、それぞれの物質特有のパターンでハダカイワシ科魚類群集内に取り込まれることが解った。例えば、DDTs、CHLsなどのように1970年代に使用が中止され、海洋への供給が断たれた物質は鉛直移動を行わない深層種に高濃度で蓄積され、これらの物質が表層から深海へ移動、蓄積されつつあることが明らかとなった。しかしトドハダカのように昼間深海でも摂餌を活発に行う種は、これらの物質を高濃度に蓄積していた。またHCHs、HCBの如く揮発性の物質は、夜間表層に浮上、摂餌する種に高濃度で蓄積されていた。BTsに関しては、未だ海洋への供給が続いていることを示す結果を得た。ハダカイワシ科魚類は日本近海に約90種が生息し、いろいろな生態特性をもつので、汚染指標生物として重要な動物群であることが明らかとなった。本年度は、計画書に従って深海への人為起源物質の輸送経路のうち、深海生物の日周鉛直移動を取り扱った。生物グループが中心となり、親潮・黒潮移行域において日周鉛直移動を行い、かつ生物量の多いハダカイワシ科魚類9属11種を採集同定し、各種の鉛直移動の様式を次のごとく明らかにした。1.鉛直移動種(ナガハダカ、ホクヨウハダカ、オオクチハダカ、トドハダカ、ゴコウハダカ、スイトウハダカ):全ての個体群が夜間表層に浮上し摂餌活動を行う。2.半鉛直移動種(コヒレハダカ):個体群の一部が表層に浮上し、摂餌活動を行う。3.受動的鉛直移動種(マメハダカ):浮上する餌を追って分布上限深度が浅くなる。4.非浮上種(セッキハダカ、ミカドハダカ、オオメハダカ):昼夜とも同じ深度に生息、夜間摂餌のため浮上しない。

各種の有機塩素化合物および有機スズの体蓄積濃度を化学グループが分析した結果、PCBs、CHLs、ブチルスズ化合物の濃度は、駿河湾の深海魚や日本沿岸の魚介類に比べ低値であった。一方、DDTsやHCHs、HCBに関しては沿岸性の魚介類とハダカイワシの間で顕著な差が認められず、これらの物質が日本沿岸から外洋域まで均質に分布していることがわかった。ハダカイワシの鉛直移動パターンと有害物質の蓄積濃度の関係について検討したところ、PCBsやDDTs、CHLsに関してはより深層に生息するハダカイワシで高濃度の蓄積が認められたのに対し、HCHsやHCB、BTsに関しては夜間表層へ鉛直移動する種で相対的に高い濃度がみられた。ハダカイワシ種間でみられた蓄積レベルの差は、これまで報告されている外洋海水中HCHsの濃度の鉛直分布と一致しており、水柱におけるこれら有害物質の動態を反映しているものと推察された。すなわち、有機塩素化合物のなかでも比較的分子量が小さく、大気に拡散しやすいHCHsやHCBは、深層よりも表層で相対的に高い濃度分布を示すが、分子量が大きく粒子吸着性の高いPCBsやDDTs、CHLsは、深層に汚染の極大が現れるものと考えられた。一方、ブチルスズ化合物の鉛直分布は、表層への最近の流入を示しているものと推察された。ハダカイワシ科魚類は、全世界の深海に10億トンオーダーの生物量で生息し、深海生態系の主要構成要素である。これらの魚類の多くは、夜間100m以浅の餌の豊富な表層へ摂餌のために浮上し、夜明けとともに深海へ戻っていく。この摂餌のための日周鉛直移動によって大量の物質が深海生態系に運び込まれており、陸域から海洋の表層へ流入した有機塩素化合物や有機スズといった人為起源汚染物質もその例外ではない。本研究は、西部北太平洋のハダカイワシ科魚類各種の日周鉛直移動のパターンを明らかにし、その主要種の摂餌習性を明らかにした。これらの生態学的特性と各種への汚染物質の蓄積パターンを対応させて、その汚染過程を明らかにした。分析対象種として、顕著な日周鉛直移動を行うトドハダカ、カガミハダカ、鉛直移動を全く行わないセッキハダカ、ミカドハダカ、一部の個体群が夜間浮上するコヒレハダカ、マメハダカを選んだ。分析対象とした汚染物質は、有機塩素化合物のPCBs、DDTs、CHLs、HCHs、HCB及び有機スズ化合物(TBT、DBT、MBT)である。各汚染物質は、特有の物理・化学的性質をもつために、それぞれの物質特有のパターンでハダカイワシ科魚類群集内に取り込まれることが解った。例えば、DDTs、CHLsなどのように1970年代に使用が中止され、海洋への供給が断たれた物質は鉛直移動を行わない深層種に高濃度で蓄積され、これらの物質が表層から深海へ移動、蓄積されつつあることが明らかとなった。しかしトドハダカのように昼間深海でも摂餌を活発に行う種は、これらの物質を高濃度に蓄積していた。またHCHs、HCBの如く揮発性の物質は、夜間表層に浮上、摂餌する種に高濃度で蓄積されていた。BTsに関しては、未だ海洋への供給が続いていることを示す結果を得た。ハダカイワシ科魚類は日本近海に約90種が生息し、いろいろな生態特性をもつので、汚染指標生物として重要な動物群であることが明らかとなった。
森林生態系のグローバル・バイロームの解明

近年、ヒトの体内や海洋中など、様々な場所でウイルス相の研究が進められているが、森林や草地で植物ウイルスについて網羅的に明らかにした研究はほぼない。植物にとってウイルスは生理的な変化をもたらし、成長阻害や枯死の要因となる。農地に侵入する病害性のある植物ウイルスの出どころとしては、森林や草地だと考えられるが、森林や草地の植物ウイルス情報は非常に少ない。そこで森林や草地などの自然生態系にどのような植物ウイルスが存在するかを調べるために、東京大学田無演習林で採取した野外植物の葉からウイルスRNA抽出実験をDECS法を用いて行った。ウイルスRNAが単離できたかどうかは網羅的逆転写反応後にシーケンスし、BLAST検索を行う方法と、特定のウイルスの有無を調べるRT-PCRを用いた。いずれの方法でもウイルスを検出することはできなかった。その理由としては、そもそもウイルスが感染していない葉を用いてしまった可能性、ウイルス抽出に失敗した可能性、サンプル採取時期の問題が考えられた。抽出した野外植物のうち、ヤマノイモに関しては病徴が出ていたため、ウイルスに感染していない葉のみであるとは考えにくい。本研究で対象にしたdsRNAはRNAウイルスが複製される際に作られるものであり、感染していることがはっきりとわかる反面、複製時期を逃すと捉えにくいものである可能性があり、採取時期によっては抽出しにくいものである可能性が高い。今後は採取時期の違いによる鋭敏さを考慮していく必要があるかもしれない。これまでのウイルス学は「病害」があるウイルスのみを対象に進められてきた。一方で、野外植物においては病徴がみられないまま、様々なウイルスが潜伏感染していると予測され、これらが農地へ浸みだし病害を発生させていると考えられている。また、森林生態系で主体となる樹木では冬季もウイルスを樹体内に保持し、そのベクターであるアブラムシなどの越冬の場となり、春以降の一年性草本へのウイルス伝搬のソースとなっている可能性がある。しかし、森林におけるウイルス群集の研究はほぼ行われてこなかった。ある種でみつかったウイルス群集をバイロームと呼ぶが、本研究では、里山林のグローバル・バイローム(生態系の網羅的なウイルス群集)をメタゲノミクス的アプローチにより明らかにする。また、農地への浸みだしや反対に農地からの浸みだしを検知するために、森林生態系と農地生態系にまたがるように調査を行った。1)森林群集の植物ウイルスの多様性、2)樹木や多年生草本と1年生草本の間で共有されている植物ウイルスの有無の2点を明らかにする。東京大学田無演習林と田無農場に長方形プロットを設置し、樹高10m以下の樹木および下層の草本を対象に植生調査を行った。植生調査で出現した、すべての種について、葉を採取した。農地については、植栽されていたかんきつ類とクリの葉も採取した。現在、ウイルスの有無を判定し、次世代シーケンサー(NGS)を用いて多検体を一度に解析するためのTotal RNAを抽出中である。研究代表者が東北地方から関東地方へ異動したため、調査地の選定をやり直したり実験室の立ち上げに若干時間を要した。しかし、その後、移動先近辺で適した調査地がみつかり、調査の申請も受理されたため、H28年度に予定していた調査地でのサンプリングは無事終了した。しかし、実験室の立ち上げは、予算不足や移動先でのさらなる引っ越し等により不可能であった。また移動初年度で出張も長期間できなかったため、共同研究者のところで実験手法の改良を相談し実行するまでは至らなかった。ただし、3月末には移動先での引っ越しも完了し、次第に実験機器をそろえることができるようになったこと、また共同研究者とは手法の改良方法についてメール等で打ち合わせをしており、翌年度には改良実験を速やかに行える状態である。従来の植物ウイルス学は「病害」があるウイルスのみを対象に進められてきた。東京大学田無演習林と田無農場に長方形プロットを設置し、樹高10m以下の樹木および下層の草本を対象に葉を採取した。本年度は葉からのウイルスのRNA抽出法の改良を行った。粗RNA抽出方法としては、超遠心による濃度勾配を利用したVLP-VNA法、すいすいキット、セパゾール、TRIZOLを試した。その結果、すいすいのRキットもしくはTRIZOLとDECS法の相性がいいと考えられた。TotalRNAの抽出については順調であったが、DECS法により二本鎖RNAにする際に、ウイルスRNAが取れないことが続き、実験手法の改良に時間がかかった。

近年、ヒトの体内や海洋中など、様々な場所でウイルス相の研究が進められているが、森林や草地で植物ウイルスについて網羅的に明らかにした研究はほぼない。植物にとってウイルスは生理的な変化をもたらし、成長阻害や枯死の要因となる。農地に侵入する病害性のある植物ウイルスの出どころとしては、森林や草地だと考えられるが、森林や草地の植物ウイルス情報は非常に少ない。そこで森林や草地などの自然生態系にどのような植物ウイルスが存在するかを調べるために、東京大学田無演習林で採取した野外植物の葉からウイルスRNA抽出実験をDECS法を用いて行った。ウイルスRNAが単離できたかどうかは網羅的逆転写反応後にシーケンスし、BLAST検索を行う方法と、特定のウイルスの有無を調べるRT-PCRを用いた。いずれの方法でもウイルスを検出することはできなかった。その理由としては、そもそもウイルスが感染していない葉を用いてしまった可能性、ウイルス抽出に失敗した可能性、サンプル採取時期の問題が考えられた。抽出した野外植物のうち、ヤマノイモに関しては病徴が出ていたため、ウイルスに感染していない葉のみであるとは考えにくい。本研究で対象にしたdsRNAはRNAウイルスが複製される際に作られるものであり、感染していることがはっきりとわかる反面、複製時期を逃すと捉えにくいものである可能性があり、採取時期によっては抽出しにくいものである可能性が高い。今後は採取時期の違いによる鋭敏さを考慮していく必要があるかもしれない。個々の葉からRNAを抽出する方法ではなく、複数サンプルを合わせてTotal RNAを抽出する方向で実験を始めた。現在抽出中のTotal RNAをもとに、二本鎖RNAのみを単離しウイルスの有無を判定する。ウイルスが存在するサンプルについてはcDNAを網羅的に増幅、ショットガン法で断片化したのちに、サンプルごとにタグをつけ、次世代シーケンサー(NGS)を用いて多検体を一度に解析し、データベースサーチを行う予定である。実験手法のおおよその改善はできたので、この手法をもとに、すでに採取済みの葉を用いてウイルスRNAを検出する予定である。DECS法ではRNAウイルスが増殖する際の二本鎖RNAをターゲットにしているため、ウイルスが増殖中の葉を採取できるかどうかも重要なポイントになるため、現在採取している葉で検出できなかった場合は、再度葉を採取することも視野に入れる予定である。研究代表者の異動に伴い、調査および実験の立ち上げが遅れたため、実験手法の改良のために共同研究者が利用するはずであった予算が使えなかった。RNA抽出の改良に時間がかかり、ウイルスのRNA抽出が遅延した。結果的に、次世代シーケンサーを数回使用する予定が、1回しか使用しなかったため。ただし、RNA抽出方法については改良のめどが立ったため、来年度は今年度採取した葉を用いてRNAを抽出し、次世代シーケンサーを使用する。また、それでも検出できない場合は、葉のサンプリングから再度やり直す予定であり、複数回の次世代シーケンサーの利用を計画している。来年度、手法の改良を行い、研究遅延状況を回復させる予定である。
実証段階におけるカオス研究の哲学的考察

平成16年度は、実証段階のカオス研究における哲学的・方法論的な問題の洗い出しに取り組んだ。そのため、科研研究会のメンバーが顔を合わせ、問題提起を行う全体研究会を京都大学と北海道大学で開催し、また京都では、研究者へのインタヴューや、外部の講師を招いた研究会を随時開いた。さらに、若手の研究者や大学院生に謝金を支払って、京都大学と北海道大学で、カオスモデルのシミュレーションと統計的な実証の試みを行った。その際、京都大学での作業では、科研費で購入したコンピューターを集中的に用いた。特に、研究者へのインタヴューの一環として、日本におけるシミュレーションの最初期の事例の一つに携わった関係者から話しを聞き、その科学方法論的な問題点を分析し、喜多と出口の共同研究として、国際学会で発表した。以上の活動を通じて、カオスの実証の可能性と困難さに関するいくつかの基本的な問題を浮き彫りにすることができた。詳細は研究報告書でまとめられる予定であるが、そのアウトラインは以下である。(一)カオスの実証のためには、従来の科学方法論で定式化されてきた「実証」概念の根本的な拡張が必要であること。(二)カオスの実証にも応用が期待されている、統計学の基本的な実証デバイスには、ある概念的な困難が含まれていること。(三)カオス研究において不可欠なコンピューター・シミュレーションには、科学者同士の共同作業や作業分担、さらには科学者と機械との関わりという点において、従来の科学実験では明確にならなかった、新たな関係性が胚胎されていること。即ち、カオスの研究主体の理解についての根本的な見直しが必要であること。前年度は、実証段階におけるカオス研究における哲学的・方法論的問題の洗い出しに取り組んだが、本年度は、それを踏まえ、それらの問題を解決するための糸口をつかむことを目指した。そのため、科研のメンバーが集まる全体集会を京都大学で二回開催し、加えて、主として関西在住のメンバーが出席する研究会を同大学で随時開いた。(その研究成果の一端は西山によって海外の学会で発表された。)また、京都大学で数理哲学・科学史を専攻する大学院生等の協力を得て関連する資料を収集し、それらを研究会での討議に供した。

これらの共同研究の成果は、17年度末に発行された研究報告書に収められた諸論文に結実した。その詳しい内容は同報告書に譲るが、ここでは本研究の一般的な特徴と具体的な成果を一項目づつ簡単に記しておきたい。(一)本研究の一般的な特徴は、カオス・モデルの実証にまつわる問題に取り組むさいに、単にカオス研究のみならず、広く数理科学の他の分野やその歴史を視野に入れた考察を行ったことにある。具体的には、現代生物学における様々な哲学上の問題や情報理論の歴史、さらには電子計算機を用いたシミュレーションの歴史などを論じた上で、カオス研究の特質を明らかにした。(二)カオスの実証に即して、科学的実証の全体論的(ホーリスティック)な構造が明らかにされた。それ自身の検証が困難なカオス・モデルの実証は、検証可能な他のモデルと一定の理論的なフレームワークを構成し、そのフレームワーク全体が実証されることで、カオス・モデル自体も実証されるという仕方で行われてきたことが判明した。このことは、カオス・モデルの実証可能性は、より大きな理論的な枠組みのそれに依存していること、カオス研究における実証のユニットは、カオス・モデルではなく、それをも含んだより広い理論フレームワークであることを意味しているのである。
実用型IH線形加速器による有用放射性同位元素生成に関する研究

重陽子加速実用型IH線形加速器を日本とドイツが設計し、ルーマニアで製造して日本に輸送し、東工大の実用型IH線形加速器の陽子加速テスト装置を完成した。陽子加速の放射線管理の申請が認められたので平成9年よりイオン源をはじめ加速試験装置の整備を行ない、D.Dudu氏を招聘して加速試験を開始し加速に成功した。これらの成果を重イオン慣性核融合の国際会議で服部、小栗、作美が報告した。平成10年にM.Zoran氏とH.Schubert氏を日本に招聘して本格的加速試験を共同で行った。設計どうりに加速すると共に電力効率は世界最高の420MΩ/mと測定された。一方ルーマニア物理核工学研究所で途中まで完成したトリトン加速器を使用して、水素分子イオンの加速試験を服部がルーマニアに出張し参加して行った。そして電力効率410MΩ/mと測定された。平成11年には3月にL.David氏、9月にはE.Osvath氏を招聘して東工大で共同研究をおこなった。これらの研究成果を欧州国際応用加速器会議で服部、林崎が報告した。平成12年の23月にM.Zoran氏を招聘し、また3月末に服部がルーマニアを訪問して2000年以後の原子物理用重イオン小型線形加速器とPET用小型IH線形加速器の共同研究について打合せを行った。重イオン加速実用型IH線形加速器を日本とドイツが設計し、ル-マニアで製造して日本に輸送後平成8,9年に陽子加速テスト装置を完成した。平成8年に陽子加速の放射線管理の申請が認められたので、平成9年よりイオン源をはじめとする加速特性試験装置の整備を行い、本格的陽子加速試験を開始し加速に成功した。11月末から約3週間ル-マニアからD.Dudu氏を招聘して加速試験を共同で行った。その結果陽子を設計どうりに加速すると共に電力効率は世界最高の420MΩ/mと実験的に測定された。これら加速特性研究の成果等を応用加速器国際会議に投稿した。一方ル-マニア物理核工学研究所で途中まで完成したトリトン加速器を使用して陽子、水素分子イオン(H_2^+)の加速テストを服部が物理核工学研究所を8月に訪問して共同で行った。9月末から10月初めに服部、小栗がドイツ、ミュンヘンとル-マニアブカレストを訪問して、共同研究をすると共に平成10年度の研究計画に対する打ち合わせを行った。国際共同研究による成果として、省電力のIH型線形加速器を半導体産業に利用したイオン注入装置の研究を8月末オランダ、アインドホ-ヘンで開催された第5回ヨーロッパ応用加速器会議で発表した。その他IH型線形加速器の実用化への研究成果を線形加速器研究会や加速器と関連技術シンポジウムで発表した。さらにD.Dudu氏招聘の折り東京工業大学原子炉工学研究所で医療用加速器のシンポジウムを開催し、D.Duduがル-マニアのトリトン加速器(TRILAC)プロジェクトを、服部がPET用重陽子IH線形加速器と国際共同研究の報告を行った。重イオン加速実用型IH線形加速器を日本とドイツが設計し、ルーマニアで製造して日本に輸送し東工大の陽子加速テスト装置を完成した。陽子加速の放射線管理の申請が認められたので、平成9年よりイオン源をはじめとする加速特性試験装置の整備を行い、陽子加速試験を開始し加速に成功した。平成10年9月中から約3週間ルーマニアからM.Zoran氏をドイツからはH.Schubertを招聘して本格的加速試験を共同で行った。その結果陽子を設計どおりに加速すると共に電力効率は世界最高の420MΩ/mと実験的に測定された。これら加速特性研究の成果等を応用加速器国際会議で発表し、国際学会誌に投稿した。一方ルーマニア物理核工学研究所で途中まで完成したトリトン加速器を使用して陽子、水素分子イオン(H_3^+)の加速テストを服部が物理核工学研究所を11月に訪問して共同研究をするとともに、ターグムレシュ大学を訪問して、共同研究をすると共に平成11年度の研究計画に対する打ち合わせを行った。平成11年3月初めからターグムレシュ大学のL.David氏を招聘し、重陽子専用IH線形加速器及び有用RI生成に関する共同研究を行った。

国際共同研究による成果として、省電力のIH型線形加速器をガン治療用の入射重イオン線形加速器に応用した研究と半導体産業に利用したイオン注入装置の研究を9月電総研で開催された第23回線形加速器研究会で発表した。さらに日本における応用加速器と関連技術シンポジウムを11月30日から12月1日まで2日間開催し、服部が有用同位体元素生成用重陽子と3重陽子加速IH線形加速器と半導体用高エネルギーイオン注入よう加速器に付いて国際共同研究の報告を行った。IH型構造にAPF(Alternating Phase Focusing)を採用した線形加速構造を検討し、かなり良い加速特性を示すことが計算機シミュレーションで分たので、この原理実証機を設計し、日本で製作を行った。この完成に合わせて、真空、RF特性試験研究を1999年89月にE.Osvath氏を日本に招聘して共同研究を行った。これに先立ってドイツのドレスデンで開かれた応用加速器のヨーロッパ国際会議に服部、林崎が参加し、この実証機および、関連するIH型線形加速器の共同研究の成果を発表し、国際学術誌に投稿した。APF-IH型実証機の加速装置を建設し、2000年23月にM.Zoran氏を日本に招聘して加速に関する共同研究を行っている。一方ルーマニア国立物理・核工学研究所で途中まで完成したトリトン加速器を使用した共同研究を行うと共に、このAPF-IH型線形加速器の原理実証機の高性能をさらに基礎研究用に発展させることを検討した。そして重イオンを加速するAPF-IH型線形加速器を設備の整った、物理・核工学研究所で共同研究するために服部が3月末にルーマニアを訪問して研究の打合せを行う予定である。国際共同研究の成果として、PIXEやRBS分析用のAPF-IH型線形加速器および医療用の加速器について、7月の北海道大学で開催された第24回線形加速器研究会と10月に理研で開催された第12回加速器化学研究会で発表した。さらに応用加速器と関連技術シンポジウムを12月1日から3日まで開催し、APF-IH型線形加速器のPIXE分析や重イオン注入装置への応用について、報告した。
ＣＴ励起光不斉反応：波長選択による高立体選択性の実現と介在メカニズムの解明

本研究では、キラルCT錯体の不斉光反応において、特異な波長効果の一般性の実証並びにメカニズムの解明を行った。実例として、2つの分子間反応系と1つの分子内反応系を提案し、3つすべての系でエキシプレックスとは異なる「励起CT錯体」の関与が検証できた。これらの成果は、3報のJ. Am. Chem. Soc.誌(ImpactFactor=11.4)に発表、GRC Photochemistryをはじめとする複数の国際学会での招待・依頼講演の機会を得、Chem. Soc. Rev.誌(Impact Factor = 24.9)に総説として発表する機会を得たことなどに要約できる。これまでの研究において、基底状態の電荷移動(CT)相互作用に着目し、2種類の分子間[2+2]環化付加反応における励起波長効果とその温度効果を検討したところ、CT錯体の励起において通常のエキシプレックスとは異なる励起種が生成することが明らかとなった。しかしながらそのメカニズムの詳細は明らかとなっておらず、合成反応への応用は達成できていない。このような問題点を解決するために、本年度はドナー部位としてナフチル基を有する分子内CT反応系(4-ナフチル-1-ブデン誘導体)を新たに構築し、その分光学的検討、並びに光反応を検討した。まず、基底状態において比較的強い分子内CT相互作用がみられることが確認された。光反応生成物や基質は未知化合物であるため、まずこれらの生成物の単離・同定を行った。ナフチル基の導入により蛍光スペクトルを用いた励起状態の検証が可能となった。具体的な結果としては、蛍光スペクトルのストークスシフトが溶媒極性に極めて鋭敏であることが明らかとなり、本系の中間体として生じる励起種がかなり分極した化学種であることが初めて明らかとなった(この点に関してはさらに詳細に検討を進めることで具体的な分極率を算出する予定である)。非極性溶媒中では、エキシプレックス発光に加えてナフタレン部位の局所的な発光も見られることが明らかとなり、後述の光反応と対応する結果となった。光反応において、極性溶媒においてはいずれの励起波長を用いても環化生成物を選択的に与える結果となったが、非極性溶媒中では、環化生成物に加えて転位生成物も得られた。いずれの場合でも、生成物比はこれまで報告している4-フェニル-1-ブテン誘導体での結果に比較してかなり高い値となった。反応の詳細を温度効果・励起波長効果などに着目し、次年度以降さらに検討を進める予定である。これまでの一連の検討から、基底状態の電荷移動(CT)相互作用を利用した光反応が反応、立体制御に有効な院誌であることを明らかとしている。分子内反応系では、これまでの分子間の系と同様にCT錯体の励起において通常のエキシプレックスとは異なる励起種が生成するのみならず、おなじCT励起内でも、さらに励起波長を少しシフトさせるだけでさらに選択性が向上することを見出した。いずれにしても、励起波長の選択が光反応においてきわめて重要な制御因子であるということを立証することができた。特に本年度は、介在するメカニズムや、これら励起種がどのように異なるかなどの詳細を明らかにする目的で、蛍光性のナフタレン基を有する分子内CT系を構築し、スペクトル解析と反応性の相関を検討した。これまでの初期的な成果はJ. Am. Chem. Soc.誌をはじめ、業績リストに示すような多数の国際誌に報告することができた。また、光化学討論会、基礎有機化学討論会等の国内討論会などで報告し、ドイツなどの国際会議において招待講演を行って研究成果の広報に勤めた。一般向けの広報活動の一環としては一般向けの化学雑誌にも解説記事を寄稿した。これら一連の成果はきわめて注目の高いものであり、たとえば今年度は、イギリス化学会より総説の執筆依頼を受け、Chem. Soc. Rev.誌(Impact Factor = 24.9)へ研究内容全般の解説総説記事を発表することができた。これまでの検討で、基底状態の電荷移動(CT)相互作用に着目し、分子間環化付加反応における励起波長効果とその温度効果を検討した。また、分子内反応系においても波長効果を検討し、CT錯体の励起において通常のエキシプレックスとは異なる励起種が生成するばかりでなく、おなじCT励起内でも波長効果が見られることを見出し、励起波長の選択が光反応においてきわめて重要な制御因子であるということを明確に示すことができた。しかしながら介在するメカニズムや、これら励起種がどのように異なるかなどの詳細は明らかとなっておらず、厳密な意味での反応制御や、ひいては合成反応への応用は困難であった。このような問題点を解決するために、当該年度においては分子内CT系を構築し、その初期的な検討結果をJ. Am. Chem. Soc.誌に報告した。また励起状態挙動を蛍光スペクトルによる検討とあわせて行うため、ドナー部位としてナフチル基を有する分子内CT反応系の光反応の検討を開始した。興味深いことに、中程度の極性を有する溶媒で環化生成物を優先的に与える結果となり、これまでのベンゼン誘導体とは異なる結果となり、非極性溶媒中では、環化生成物に加えて転位生成物も得られた。また予期せぬ結果として、アセトニトリル中ではその付加体が生成した。