hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
網羅的な部位特異的置換による光合成水分解反応機構の解明

酸素発生型光合成生物のチラコイド膜内に存在する光化学系II(PSII)は、水を分解し酸素を発生する光反応タンパク質である。光合成水分解反応は5つの反応中間体を持ち、各反応ステップにおいてプロトンおよび酸素の放出、水の取り込みが生じる。この反応サイクルが一周することにより、4つのプロトンと1分子の酸素が結果として放出される。本研究は、光合成水分解反応の各素反応に関与するアミノ酸の部位特異的変異体を作成し、変異体から精製したPSIIを用いて赤外分光測定による詳細な反応機構の解明を目指す。赤外分光法はタンパク質反応で生じる振動構造の変化を原子・分子レベルで解明する手法であり、当該研究分野において広く用いられている。水分解反応で生じるプロトンがどの水素結合ネットワークを経て膜外へと放出されるのか明らかにするために、マンガンクラスターを構成する酸素原子(O4)を経由する水素結合ネットワーク上のアミノ酸D1-Ser169に変異導入し、その特性を解析した。細胞における酸素発生活性は、野生株に比べ、若干減少した。次にPSIIを精製し、フーリエ変換赤外分光解析した。D1-Ser169Ala変異体は、各反応を大きく阻害することは無かったが、水素結合構造の変化が示された。これらの結果は、このネットワークがプロトン移動経路としてではなく水分子の輸送経路として機能することを示唆する。現在、各反応ステップの時定数を求めるために、時間分解赤外分光解析を進めている。本年度は、D1-Ser169AlaからPSIIを精製し、熱発光分析やフーリエ変換赤外分光および時間分解赤外分光解析を主として行った。PSII精製から赤外分光解析までできたため、順調に進んでいるといえる。しかし、PSII内の各補欠因子近傍のアミノ酸やプロトン放出経路上のアミノ酸に関する変異体は数多くあり、未だそのほとんどは手つかずの状態である。現在、新たな変異体の解析に着手している。予想されているプロトン放出経路は4つあり、そのうちの2つ、D1-Asn298経路とD1-Ser169経路、についての解析が終了した。残りの2つの経路に着目し、主要なアミノ酸をターゲットとし、赤外分光解析を進めていく。また、水分解反応の活性中心であるマンガンクラスターのアミノ酸配位子のうち、重要と考えられているD1-Asp170の変異体解析を行う。タンパク質の質量分析と組み合わせることにより、D1-Asp170の変異体が構築されていることを確認する。植物、藻類、シアノバクテリアのチラコイド膜内に存在する光化学系II膜タンパク質(PSII)は、水を分解し酸素を発生する光反応酵素タンパク質である。本研究は、光合成水分解反応の各素反応に関与するアミノ酸の部位特異的変異体を作成し、変異体から精製したPSIIを用いて赤外分光測定による詳細な反応機構の解明を目指している。光エネルギーを利用し電荷分離反応を行う反応中心クロロフィルP680はクロロフィルの二量体(PD1, PD2)を形成する。電荷分離後にPD1およびPD2のどちらに正電荷が多く蓄積するのか明らかにするために、P680近傍に位置するアミノ酸D1-Val157, D2-Val156に変異導入し、赤外分光解析した。その結果、正電荷はPD1側に多く分布することを実証した。この内容を論文として纏めた。水分解反応で生じるプロトンがどの水素結合ネットワークを経て膜外へと放出されるのか明らかにするために、酸化還元活性のあるD1-Tyr161残基を経由する水素結合ネットワーク上のアミノ酸D1-Asn298に変異導入し、精製PSIIを試料とし赤外分光解析した。その結果、このネットワークがプロトン移動経路として機能することが判明した。赤外分光測定するにあたり、これまでは単離したPSII標品を用いてきた。しかし、精製過程においてPSIIの失活が容易に起こり得るため、安定なチラコイド膜における測定が求められていた。ホウレンソウからチラコイド膜を単離し、赤外分光測定の可能性を模索した。その結果、PSIIの水分解反応シグナルを検出することに成功した。本年度は、三つの変異体(D1-N298A, D1-V157H, D2-V156H)からPSIIを精製し、赤外分光解析を行い、プロトン放出反応および電荷分離反応の解明に従事した。またチラコイド膜での赤外分光測定の可能性を見出した。それぞれの内容で三つの論文を纏めたため、順調に進んでいるといえる。

赤外分光法はタンパク質反応で生じる振動構造の変化を原子・分子レベルで解明する手法であり、当該研究分野において広く用いられている。水分解反応で生じるプロトンがどの水素結合ネットワークを経て膜外へと放出されるのか明らかにするために、マンガンクラスターを構成する酸素原子(O4)を経由する水素結合ネットワーク上のアミノ酸D1-Ser169に変異導入し、その特性を解析した。細胞における酸素発生活性は、野生株に比べ、若干減少した。次にPSIIを精製し、フーリエ変換赤外分光解析した。D1-Ser169Ala変異体は、各反応を大きく阻害することは無かったが、水素結合構造の変化が示された。これらの結果は、このネットワークがプロトン移動経路としてではなく水分子の輸送経路として機能することを示唆する。現在、各反応ステップの時定数を求めるために、時間分解赤外分光解析を進めている。本年度は、D1-Ser169AlaからPSIIを精製し、熱発光分析やフーリエ変換赤外分光および時間分解赤外分光解析を主として行った。PSII精製から赤外分光解析までできたため、順調に進んでいるといえる。しかし、PSII内の各補欠因子近傍のアミノ酸やプロトン放出経路上のアミノ酸に関する変異体は数多くあり、未だそのほとんどは手つかずの状態である。現在、新たな変異体の解析に着手している。変異体の数が多いため、主としてプロトン放出とクロロフィル励起三重項状態の解明に向けた研究を進める。予想されているプロトン放出経路は4つあり、そのうちの1つであるD1-Asn298経路についての解析が本年度終了した。残りの3つの経路に着目し、主要なアミノ酸をターゲットとし、赤外分光解析を進めていく。PSIIには過剰な光励起エネルギーを消光する機構が備わっている。クロロフィル励起三重項はPSII内の消光反応に関与しているが、どのクロロフィルに局在するか明らかではない。現在、局在箇所として予想されているクロロフィル近傍のアミノ酸変異体からPSIIを精製している。また、チラコイド膜での赤外分光測定の有効性を見出したことから、変異体からチラコイド膜を調製し、赤外分光法による変異体のスクリーニングを行う。予想されているプロトン放出経路は4つあり、そのうちの2つ、D1-Asn298経路とD1-Ser169経路、についての解析が終了した。残りの2つの経路に着目し、主要なアミノ酸をターゲットとし、赤外分光解析を進めていく。また、水分解反応の活性中心であるマンガンクラスターのアミノ酸配位子のうち、重要と考えられているD1-Asp170の変異体解析を行う。タンパク質の質量分析と組み合わせることにより、D1-Asp170の変異体が構築されていることを確認する。理由:物品費・旅費・その他において差額が生じた。物品費においては新たな所属研究室にタンパク質精製装置など各種生化学設備が整っており、購入の必要がなくなったことが理由である。旅費においては、予定していた国際学会に参加しなかったことが理由である。その他においては、論文の投稿費がかからなかったことが理由である。使用計画:シアノバクテリアや藻類の細胞破砕のための装置が150万円するため、物品購入費に充てる。
活性酸素の生物作用と生物の防御戦略

井出、山本、久保はマウスendonuclease IIIホモログ(mNTHL1)をクローニングし、ついで遺伝子産物を発現精製し、酸化的塩基損傷に対する修復活性を解析した。石井は線虫の酸素感受性短寿命突然変異体mev-1の遺伝子が、呼吸鎖に存在するシトクロームb560であることを見い出し、寿命に及ぼす活性酸素についての新見解を明らかにした。張と米井はMutYが8-oxoG:G対からGを除去することによってG:C→C:Gトランスバージョンを抑制することを初めて明らかにした。また、大腸菌の酸化ストレス応答の発現とセンサータンパクの再還元にレドックス維持酵素の制御があることを見いだした。山本は大腸菌RibAタンパク質は8-oxodGTP/8-oxoGTPを基質とするフォスファターゼ活性も持つことを明らかにし、MutTのバックアップ系の存在を証明した。湯川は活性酸素によりdiacylglycerol(DAG)上昇を介して活性化されるprotein kinase C(PKC)の系にphospholipase A2(PLA2)の関与することを明らかにした。葛西は5-hydroxy-dCTPおよび5-formyl-dUTPの大腸菌への導入によりlacI遺伝子に変異が誘発することを見出した。これらの結果を含めた合計13名の研究成果は、世界的に高い評価を受け、合計130編以上が世界的な評価を受けている学術雑誌に掲載された。久保は大腸菌の活性酸素損傷修復におけるendonuclease IIIおよびVIIIの相対的意義を検討し,ヒトendonuclease IIIホモローグ活性のHPLC精製を行った。桑原は培養哺乳動物細胞に対する過酸化水素細胞毒性発現はミトコンドリアカルシウムサイクルの亢進であることを明らかにした。葛西はラット臓器中の2-OH-Ade修復活性をNicking assayにより測定したところ8-OH-Guaのそれに比べ1/10以下であることを明らかにした。石井は短寿命を示す線虫突然変異体mev-1が野生株に比べて酸化タンパク質の蓄積速度が速く、対照的に長寿命突然変異体であるage-1やdaf-2ではこの速度が緩慢であることを明らかにし、酸素が寿命決定の大きな一因なっていることを示した。田野は酵母菌のmutM遺伝子からのデータベースサーチにより、登録されているヒトcDNAクローンのなかに極めて相同性の高いフラグメントを見いだし、それをもとにPCRによりヒトMutMcDNAの一部をクローニングした。米井は活性酸素のセンサー分子は細胞内の酸化還元(redox)の変化を感知すること、チオレドキシン、チオレドキシン還元酵素などのredox酵素が活性酸素による遺伝子発現を制御することを明らかにした。張は5-フォルミルウラシル(5-foU)を1カ所だけ含むオリゴヌクレオチド(22-mer)を用い、DNA複製で5-foUの向かい側にdAMPの1/3の割合でdCMPが入ることを見いだした。さらに、HeLa細胞、マウスやラットの肝抽出液中に、X線照射したDNAから5-foUを除去するグリコシラーゼの活性が存在することを見つけた。滝本はriboflavin光化学反応DNAがGC->TAあるいはGC->CG塩基置換を誘発することを示した。井出はα-デオキシアデノシンおよび5-foUを含むオリゴヌクレオチドを合成し、これらの損傷の突然変異性を明らかにするとともに細胞内修復酵素検索のための予備実験を行った。森明は分裂酵母の発現遺伝子ライブラリー12000クローンからDNA修復遺伝子を20個、stress-inducible gene7個、活性酸素防御遺伝子4個を同定した。湯川はラット初代培養肝細胞を5-50Gy照射すると、生体膜脂質過酸化の上昇に依存してプロテインキナーゼCの活性化が生じ、防御に関わる細胞情報伝達系の応答反応の作動が始まることを明らかにした。垰はoxyRによる活性酸素適応応答の調節機構酸化ストレス関知または転写活性化のいずれかの機能を欠損するoxyR変異体を多数分離し、塩基配列を決定し変異を同定した。山本は大腸菌のendonuclease VIII遺伝子をクローニングし、酵素の特性を明らかにするとともに、遺伝子変異株の活性酸素性DNA損傷への反応を調べた。

久保はHeLa細胞核抽出液中の2つのthymine glycol-DNAの切断活性を分離・精製した。桑原は過酸化水素によるアポトーシス誘導には、SAPK/JNKの膜から細胞質への移行とリン酸化が必要条件であることを明らかにした。葛西は8-OH-dGTPおよび2-OH-dATPを大腸菌に導入したところ、前者はAT→CG変異を、後者はGC→TA変異を特異的に誘発することを観察した。石井は寿命を短縮させる突然変異体、mev-1に遺伝子本体がcytochrome bであることを明らかにした。田野はカタラーゼ欠損細胞では、加齢とは無関係にカタラーゼ活性が低下することを観察した。米井はチオレドキシンの酸化還元が酸化ストレス応答の発現を制御することを証明した。張はin vitro DNA合成系で、鋳型中の5-ホミルウラシルの向かいにはdAMPとdCMPが転入されることを明らかにした。滝本はリボフラビン光増感反応でGC-MSにより8-OHdG以外にFapyGuaの生成を確認した。井出は塩基酸化損傷5-ホルミルウラシルは大腸菌AlkAタンパク質により修復されるが、ヒトホモログMPGはこれを修復しないことを明らかにした。森明は分裂酵母のcDNAやゲノムDNAの解析から生体防御に関連する多数の新規遺伝子を同定した。湯川は初代培養肝細胞で、放射線によるプロテインキナーゼの活性化は、細胞膜内に2相性のジアシルグリセロールが生ずるためであることを明らかにした。垰はOxyR蛋白の機能に必須のアミノ酸を同定し、また、大腸菌の新規酸化ストレス遺伝子を同定した。山本は大腸菌mutM遺伝子のヒトhomologueをクローニングし、酵素の特性を明らかにした。井出はマウスendonuclease IIIホモログ(mNTHL1)を発現精製し、酸化的塩基損傷に対する修復活性を解析した。石井は線虫の酸素感受性短寿命突然変異体mev-1の遺伝子が、呼吸鎖に存在するシトクロームb560であることを見い出した。張はMutYが8-oxoG:GからGを除去することによってG:C→C:Gトランスバージョンを抑制することを明らかにした。山本は大腸菌RibAタンパク質は8-oxodGTP/8-oxoGTPを基質とするフォスファターゼ活性も持つことを明らかにし、MutTのバックアップ系の存在を証明した。米井は大腸菌の酸化ストレス応答の発現とセンサータンパクの再還元にレドックス維持酵素の制御があることを見いだした。湯川は活性酸素によりdiacylglycerol(DAG)上昇を介して活性化されるproteinkinaseC(PKC)の系にphospholipase A2(PLA2)の関与することを明らかにした。葛西は5-hydroxy-dCTPおよび5-formyl-dUTPの大腸菌への導入によりlacI遺伝子に変異が誘発することを見出した。久保はマウスendonuclease IIIホモローグ活性の細胞内分布状況に臓器による差のあることを見いだした。
抗アレルギー物質の探索を目的とする新規アッセイ法の開発と応用

1)アレルギー反応を阻害する新規物質を天然資源から探索するため、先に作製したアナフィラキシーを短期間に誘発するマウスモデルの血圧降下を指標とした新規アッセイ法を、アナフィラキシーショックの起因物質として深く関与しているPAFあるいは脱顆粒惹起物質であるcompound48/80を用いて、さらに多量のスクリーニングに対応できるように、簡便なin vivoアッセイ法に発展させた。またこれらの方法を応用して抗アレルギー作用を有する天然資源および臨床医薬品の評価を行った。2)上記アナフィラキシー誘発モデルマウスが、血圧低下と同時に惹起する血流量の低下を、レーザー血流計を用いてモニターした結果、マウスの尾部皮下の動脈微小循環において、定量的に血流量の低下を測定できることが判明した。そこで抗ヒスタミン、抗PAFおよび抗脱顆粒抑制作用を有する医薬品が、血流に与える影響を検討し、アナフィラキシーアッセイ系(血流法)として確立した。また血流量低下のメカニズムを考察した。3)血流法により、先に天然資源から単離した抗アナフィラキシー物質が、血流量の低下を抑制したことから、血流法が天然資源にも応用できることを明らかにした。4)アナフィラキシーショックの起因物質として深く関与しているPAFおよび脱顆粒惹起物質であるcompound48/80によっても、血流量の低下が定量的に引き起こされることを確認し、天然資源から得た新規化合物に適用したところPAF拮抗作用、脱顆粒抑制作用があることを明らかにした。アレルギー反応を阻害する新規物質を天然資源から探索するためには、作用を評価するための新しい実験モデルを考案することが必須である。そこで、我々は実験モデルの開発を手掛け、これまでにアナフィラキシ-(1型アレルギー)を短期間に誘発するマウスモデルを新規に作製し、アナフィラキシ-によるマウスの死亡率を指標としたアッセイ法の確立、アナフィラキシ-に基づく血圧降下を利用した定量法の確立、さらにこの簡易型スクリーニング法の確立を行った。またこれらの測定法を利用して天然物をスクリーニングし、新たにアナフィラキシ-を抑制する物質を明らかにしてきた。本年度は、このモデルマウスにおいて、アナフィラキシ-発症時に血圧低下と同時に観察される血流量の低下を利用した新規のアッセイ法の開発を試みた。アナフィラキシ-発症時に、さまざまな部位の末梢血管をレーザー血流計を用いて血流をモニターした結果、マウスの尾部皮下の微小循環において、定量的に血流の低下を測定できることが判明した。このモデルおいて血流の低下は血圧低下と共に、アナフィラキシ-発症とその後の重篤なショックを引き起こす大きな要因と考えられる。したがって、アナフィラキシ-の血流低下を測定できることにより、これを抑制する新規物質をスクリーニングできることが示唆された。そこで先の方法で天然物からスクリーニングして得たアナフィラキシ-抑制物質をこの方法で試験したところ、血流量の低下が有意に抑制された。さらに抗ヒスタミン、抗PAF、抗脱顆粒作用を有する医薬品の血流に与える影響を検討し、本法が新しいタイプの抗アレルギー薬のアッセイ法として利用できることを証明した。これまでに作製したアナフィラキシー誘発モデルマウスにおいて顕著に観察される血流量の低下は、同時に起こる血圧低下と共にアナフィラキシー発症後の重篤なショックを引き起こす重大な要因と考えられる。したがって、アナフィラキシーの血流量の低下を測定することにより、これを抑制する新規物質をスクリーニングできることが示唆された。9年度は、この血流量の低下を指標とする新規のアッセイ法を確立し、抗ヒスタミン、抗PAF、抗脱顆粒作用を有する医薬品が、上記血流に与える影響を検討し、本法が新しいタイプの抗アレルギー薬のアッセイ法として利用できることを証明した。10年度は、上記のアッセイ法に関連して、アナフィラキシーショックの起因物質として深く関与しているPAFおよび脱顆粒惹起物質であるcompound 48/80が、血流量に及ぼす影響について検討した。方法は先と同様にマウスの尾部皮下の動脈微小循環の血流をレーザー血流計を用いてモニターした。

その結果パターンに少し違いが見られるが、いずれも投与直後から顕著な血流量の低下が定量的に惹起できることを確認した。そこでPAFおよびcompound 48/80によって惹起される血流量低下を指標とするin vivoにおける簡便な抗アレルギーアッセイ法を確立した。このアッセイ法を天然資源から探索した新規化合物Balsaminone AおよびBに適用し、PAF拮抗作用、脱顆粒抑制作用があることを明らかにした。また関連化合物である1,4-naphthoquinone誘導体についても活性の検討を行った。NOが血流に及ぼす影響については現在検討中である。また上記アッセイ系における血流量の低下のメカニズムを解明することは今後の課題である。
近接離島航路における海上交通の持続可能性を実現するための方策の提案と検証

架橋で本土と結ばれていない瀬戸内海の島嶼部では、近接する本土への生活依存度が高い一方、フェリー・高速船といった海上交通が唯一の交通手段である。過疎化、高齢化の著しい島嶼部では、今後も更なる人口の減少が予測されており、フェリー、高速船の利用客の減少に伴う航路の縮小、さらには廃止も懸念される。そこで、本研究は、今後も架橋が見込めない島嶼部が近い将来直面するであろう海上交通の問題を解決するため、1海上交通に対する利用実態と利用意識の把握、2海上交通を3者で支える支援体制の確立、3離島内陸上交通と海上交通を統合したデマンド型の公共交通システムの実現、の3つの分析を行い、一定の知見を得た。そこで、本研究は、今後も架橋が見込めない島嶼部が近い将来直面するであろう海上交通の問題を解決するための方策の提案を行い、その効果を検証することで、持続的な海上交通の実現を目指す。初年度(平成25年度)の研究計画は、島民の海上交通に関する基礎データを得ることに重点を置いた。なお、申請当初の平成25年度の研究計画は、1海上交通に対する利用実態と利用意識の把握、2海上交通を3者(島民、運行管理者、地元行政)で支える支援体制の確立、2点である。平成25年度は、主に高齢者を中心とした島民を対象にアンケートを調査を実施した。この調査では、島内の過疎化対策として近隣住民のコミュニティの役割の重要性を尋ねることを主たる目的として実施したが、アンケート中では島外への交通手段(海上交通)および島内の公共共通(バス)の利便性についても尋ねている。本調査結果から海上交通および島内公共交通ともに不便と感じていたが、特に島外交通手段である海上交通への不満が強かった。島内の公共交通機関であるバスの利用者意識については、岡山教授(広島商船高等専門学校)との共同研究でまとめている。また、海上交通とバスをシームレスに繋ぐためのシステムとして"しまナビ"の成果については、岡村教授(広島商船高等専門学校)との共同研究でまとめている。2年間の研究計画は以下の通りであり。平成25年度は、1海上交通に対する利用実態と利用意識の把握、2海上交通を3者で支える支援体制の確立。平成26年度は、3港の集約化による基幹航路の高頻度運航の可能性の検証、4多港寄港便の実現可能性の検証、5離島内陸上交通と海上交通を統合したデマンド型の公共交通システムの実現。実施時期が前後するが、平成25年度に1と5に関する分析を行い、研究成果を発表している。今年度は、2、3、4を中心に研究を進めたが、3、4に関しては、運行管理者であるフェリー会社の運行形態、ひいては経営環境を大きく転換させる困難さがあることから、2の研究に重点をおいた。特に、過去に実施したフェリー利用者アンケートおよび島民アンケート調査の結果を用いて、島民のフェリー利用に関する意識調査の分析を行った。この成果は、学会にて発表報告を行っている。また、コーホート要因を用いて、今後の離島の人口推計および高齢化に伴う利用者の減少傾向を示した。さらに、フェリーへの路線バスの乗り入れによるシームレス交通の実現可能性についても過去のヒアリング調査および文献調査により検討した。交通計画研究初年度より前職(広島商船高等専門学校)から現在の大学に赴任し、地域に密着して研究を遂行することが困難であった。しかしながら、これは言い訳にしかならないため、前任校の先生方の協力を仰ぎながら、フェリー会社、地元行政の理解を得ながら、調査分析を進めたい。研究計画では、平成25年度に、1海上交通に対する利用実態と利用意識の把握、2海上交通を3者(島民、運行管理者、地元行政)で支える支援体制の確立、平成26年度に、3港の集約化による基幹航路の高頻度運航の可能性の検証、4多港寄港便の実現可能性の検証、5離島内陸上交通と海上交通を統合したデマンド型の公共交通システムの実現、を行う予定であった。

このうち、1と5については、一定の成果が得られている。今後は、2、3、4を中心に分析を進めたい。特に3については、運行管理者であるフェリー会社にとっては利害関係が生じてしまうおそれがあるものの、利用者である島民の要望が強いことから、2の3社で海上交通を支える支援体制の確立に尽力したい。実施したアンケートの解析が単純集計のみに留まったため、エクセルで集計を行い、統計解析ソフト(SPSS)の導入を見送った。アンケートの実施が1回のみであったこと。また、その際に通信費が不要であった(縁故配布・回収)。さらに、データ入力については、研究生に実施させたため、謝金が発生しなかった。一定の研究成果が得られなかったため、学会等での発表に関わる交通費に余剰が生じた。平成26年度に、アンケート集計(多変量解析法)のための統計解析ソフト(SPSS)の購入。離島に関する統計データ(離島センター発行)の購入。研究成果の報告に関わる交通費の増額。
多変数複素解析学における漸近解析

今年度も引続き、多変数複素解析学において非常に重要な積分核であるベルグマン核とセゲー核の境界における特異性について研究をおこなった。この研究は、大きく二つに分けて考えることができる。一つは、領域の対角線集合上に制限した場合の境界における発散の状況を調べるもので、もう一つは、対角線集合以外の境界における滑らかさを調べるものである。私は、領域のレヴィ形式が退化した場合、すなわち弱擬凸領域の場合について研究している。特に有限型と呼ばれる領域についての研究において、最近大きな進展があった。それは、「特異点論」との関係が明確になりつつあり、ニュートン図形の形が特異性の形を決めることが、いくつかの例から分かってきたである。これらは、現在準備中の論文「Asymptotics of the Bergman kernel on tubes」にまとめている。さらに、後者の問題については、レビ形式の退化した集合の形状が非常に境界上の滑らかさと密接に関係していて、Sypmlectic幾何学の言葉を使うとより一般的な状況で研究が進展するのではないかと思われる事例がいくつかみつかった。これらは、楕円型作用素の準楕円性の問題と深い関係がある。昨年度は、これを柱状という形状のもとで研究を行ってきたわけであるが、今年度はさらに一般的な状況で研究で押し進めた。また、実解析学や微分幾何学との関連からも、ベルグマン核は興味深い研究対象であり、これらの視点からもいくつかの研究を行った。特にベルグマン計量は、非常に有用な計量であり、ベルグマン核の特異性の研究と平行して行った。今年度は、多変数複素解析学における重要な積分核であるベルグマン核とセゲー核の特異性の研究を中心に行った。特に、領域として、弱擬凸でかつ柱状という条件のもとで、二つの積分核の研究を詳しく行った。これらの研究はすでに、強擬凸領域の場合については、非常に精密な結果が得られている。これらの積分核について、対角線集合上に制限した場合の境界での特異性と対角線集合以外の以外の滑らかさに関して興味を持ち、双方についてある研究の成果を2時限柱状弱擬凸領域に関して得ることに成功した。対角線集合状の特異性について、強擬凸領域の場合と似ているものの本質的に弱擬凸特有の現象を漸近展開という形で見出すことに成功した。さらに、対角線集合以外の境界上の滑らかさは、実解析的な範疇のなかで、一般の弱擬凸柱状領域に関しては、崩壊することを示した。この研究は、論文"Non-analytic Bergman and Szego kernels on weakly pseudoconvex domains in C^2"にまとめてある。これらの解析には、一変数のある特殊関数が現われこの関数の性質を調べることが必要となる。この関数の研究を、韓国のHaseoKi,Young-OneKim両教授と共同研究を行い満足する結果が得られた。この結果は、ProceedingAmer.Math.Soc.に近々発表される予定である。上のべルグマン核の特異性の研究は、実解析的な問題にも応用されるもので、弱擬凸柱状領域のブロッホ関数の特徴付けに関する結果を得て、京大数理解析研究所で発表した。
酸化物強誘電体の電気特性の計算機シミュレーション

本研究では酸化物強誘電体の結晶構造と電気特性の関係について分子軌道法及び格子力学法を用いて分析することを目的とした。まず、結晶構造と電気特性の関係について調べた。酸化物強誘電体であるPb(Zr,Ti)O_3の誘電・圧電特性を組成・温度を変えて測定した。また、高温粉末X線回折法の測定を行い、結晶構造の組成・温度依存性を明らかにした。その結果、圧電特性の温度依存性は主に誘電率の温度依存性によって説明できることが確認された。また、結晶格子の単位格子体積の熱膨脹率が大きいほど誘電率、つまりは圧電特定の温度依存性が大きいことも明らかとなった。これは温度上昇により単位格子体積が大きくなるとイオン間の束縛が小さくなり、外部電界により分極されやすくなる結果、誘電率が大きくなることで説明できる。次に、電子論的側面から分析をするために量子化学的なバンド計算手法の開発を行った。従来、簡便なバンド構造計算法として、パラメータ化したTight Binding法が用いられているが、この方法は複雑な系を短時間で計算できる反面、各原子毎に必要なパラメータが機知である必要がある。そこで本研究では第一原理計算であり、経験パラメータの必要ないDV-Xa法を用いて、Tight Binding法に必要なパラメータを計算した。Pb(Zr,Ti)O3と類似した構造を持ち、他の手法での報告例が多いSrTiO_3についてこれらのパラメータを用いて計算を行ったが、この方法で得られた結果は今までの報告例とよく一致し、また、光電子分光・紫外分光スペクトルの測定結果とも良い一致が見られた。これらのことから、本手法が酸化物のバンド構造を半定量的に、しかも簡便に行えることが示された。本研究では最終的にバンド計算により、固体内原子間のポテンシャルを計算し、格子力学法により電気特性をシミュレーションする必要がある。このためには、バンド構造から精確にエネルギーを見積もる手法を開発する必要があるが、これは次年度以降の課題として残されている。
弾性表面波のウェーブレット解析による材料表面層の非破壊評価

近年,材料の高機能化に伴って高度な表面改質技術が利用されるようになっており,このような改質技術によって得られた材料表面層の機械的特性を正確に評価することは重要である.そのための評価法の一つに,材料表面に超音波を伝播させて弾性表面波を励起させ,その波形データから伝播速度の分散特性を抽出することにより,表面層の材料定数を同定する方法が知られている.しかし,この方法では,弾性表面波の伝播速度の分散特性を抽出するために繁雑な波形処理が必要であり,また,その抽出精度も十分高くはなかった.本研究では,超音波の波形データ処理に対してウェーブレット変換を適用することにより,弾性表面波の伝播速度の分散特性を正確かつ簡便に抽出する手法を開発し,それによって超音波による材料表面層の非破壊評価法の適用性および信頼性を向上させることを目的としたものである.本研究によって本年度に得られた成果は以下の通りである.(1)分散性応力波のウェーブレット解析について理論的側面から基礎的な検討を行い,ウェーブレット変換による分散特性の抽出法を明らかにした.(2)弾性表面波の分散特性について理論的側面から基礎的な調査を行い,(1)の方法の適用性について検討した.(3)(2)の結果に基づいて,超音波探触子を用いて弾性表面波を発生・検出する装置の製作を検討した.(4)(1)の結果に基づいて,パーソナルコンピュータで超音波波形データのウェーブレット解析を行うための波形処理システムプログラムを開発した。
Bevacizumab 耐性大腸癌に対する Itraconazole 併用療法の有用性

抗真菌薬Itraconazoleに抗血管新生作用があることを明らかとした。この作用は抗VEGF抗体Bevacizumabとは異なる作用機序であることを解明。それは他の血管新生因子となるサイトカインを抑制するものではなく、直接血管内皮細胞の増殖を抑えるものであった。またこの作用は近年腎癌などに使われているmTOR阻害剤と同じ作用であること、さらにmTOR阻害剤と比べ副作用が少ないこと、Bevacizumabと併用することによってBevacizumab抵抗性の癌細胞に対しても血管新生を抑制、抗腫瘍効果を表すことを明らかとした。ItraconazoleのmTOR inhibitorとしての作用をWestern blotにて確認し得たことで、Itraconazoleによる坑腫瘍効果が血管内皮細胞への直接作用であるのか、腫瘍間質細胞への作用による血管増殖因子の放出抑制であるのかとの疑問が生じた。そこでfibroblastにItraconazoleを投与しmulticytokine assayを施行、血管増殖因子の放出抑制を認めなかったため血管内皮細胞への直接作用であると結論づけた。現在結果をまとめ、執筆中であり投稿間際の段階である。胃癌、大腸癌細胞株、ヒト血管内皮細胞株HUVEC細胞に対してItraconazoleを各濃度にて投与、Itraconazole濃度による増殖曲線を作成したところ癌細胞株各種に対して増殖抑制をきたさないことに対しItraconazoleがHUVEC細胞に対し濃度依存的に増殖抑制をきたすことが確認され10ー6Mで50%増殖量となることが確認された。同様にてBevacizumab濃度によるHUVEC細胞の増殖曲線も作成し比較検討したがBevacizumabにては増殖抑制は起こらなかった。更にはAnnexin assayによってItraconazole、Bevacizumab双方の薬剤に暴露したHUVEC細胞のapoptosisをFACS assayにて比較検討した結果apoptosisがItraconazoleにて惹起されていることが証明された。Itraconazoleの作用機序として直接的腫瘍効果、血管内皮細胞に対する抗血管新生効果、さらには腫瘍間質細胞に対する抗血管新生効果のそれぞれを比較検討するため腫瘍周囲の線維芽細胞(cancer associated fibroblast)を臨床検体から分離培養することに成功、今後の解析に使用する予定である。これとは別にItraconazleを付加したHUVEC細胞でのWestern blotを施行、ItraconazoleがmTOR inhibitorの一種であることを突き止めた。解析に必要な間質細胞の分離同定に成功、今後の解析を待つ状態となったこと、さらにはこれまで明らかでなかったItraconazoleの作用機序を明らかとすることができたことが今後の進展に対して大きく役立つと考えられる。分離同定した間質細胞を用いてItraconazoleによる増殖抑制、タンパク分泌抑制の有無を、これまでと同様の手技にて解析する。(A) Itraconazoleによる腫瘍細胞、並びに間質細胞に対するサイトカイン分泌抑制各種癌細胞(Bevacizumab耐性株、Bevacizumab感受性株)、並びに間質細胞(線維芽細胞)に対Itraconazole投与、或いは非投与にて培養、上清を検体としてmulticytokine assayを施行、Itraconazoleによる分泌抑制の起こるサイトカインを列挙、更にそれらについてWestern blot、ELISAにて確認する。更にこれで認めたサイトカインに対して肝転移組織中の発現量を免疫染色を用いて確認する。
電流モード・ダイレクト・ディジタル・コンバージョンＲＦ－ＩＣの開発

マイクロ波/ミリ波帯でのマルチバンドとマルチモード特性を持つダイレクト・ディジタルRF送受信回路技術を開発した。送信系に関しては,電流モードDACの電流出力を直接,局発信号でスイッチングしてRF信号を生成するダイレクトディジタルRF変調器を提案した。0.8-5.7GHzのマルチバンド特性と,DACのビット数,クロック周波数を可変することでマルチモード特性を実現した。受信系に関しては,低い周波数のクロックでRF信号を直接サンプリングするダイレクトRFアンダーサンプリング受信機を提案した。S/H回路や高速電源スイッチングLNAなどを試作し,高ダイナミックレンジかつ低消費電力な特性を実証した。各種無線方式に適用可能なRFICの基本的なアーキテクチャの確立を目指し,ダイレクトにRF信号をアンダーサンプリングするダイレクトRFアンダーサンプリング受信系のSi-RFICアーキテクチャ(回路構成および制御方法)を検討した。サンプリング周波数を従来のRFアンダーサンプリング受信機の1/2とする方式を考案するとともに,高周波シミュレーター(Agilent社ADS)を用いた高周波送受信システムシミュレーション環境を立ち上げ,このシミュレーションを用いて,上記提案手法による受信機の実現性を検証した。合わせて上記RFICの設計に必要となるFETのスイッチング特性,フリッカ雑音モデルの検討,検証を行うために,上記受信機用S/H回路ICを学外ファンダリィ(TSMC社)のCMOSプロセスを用いて試作した。実測した特性と高周波回路シミュレーション結果との比較を行い,両者で特性が大きく異なる復調信号のS/N,および,ホールド動作字の出力電圧のノイズについて検討を行った。なお,帯域を可変できるチューナブル素子のスイッチングデバイスとして用いる際に重要な性能となる,スイッチングスピード,通過損失については,高周波回路シミュレーション結果と一致する結果が得られ,モデルの妥当性を確認した。さらに,RFICの送信系に関しても,上記アーキテクチャ検討結果を参考に,電流モードDACを用いたディジタル信号をRFに直接変調する回路の検討を行い,その高ダイナミックレンジ化を含めてIC回路を設計,試作,評価を行った。本研究は,ミリ波帯を含む周波数帯域で動作可能なダイレクト・デジタル・コンバージョンRFーIC技術の確立を目指している。受信系としては,ダイレクトにRF信号をアンダーサンプリングするRFーICを開発しており,25年度に考案した1/2のサンプリング周波数を用いた方式のRFーICを12GHz帯で試作し,QPSK変調波の復調が可能なSNRが得られることを実証した。ダイレクトRFアンダーサンプリング受信機としては,これまでは3.5GHzが最高周波数であり,今回試作したRFーICは世界最高の周波数を実現したと言える。この成果は,2015年の世界3大マイクロ波会議であるヨーロッパマイクロ波会議(EuMC2015)に採録され,発表予定である。送信系については,パラレルのディジタルI/Q信号を直接RF信号に変調するダイレクトディジタル直交変調器を14GHz帯で試作したものの,直交信号を生成する分周器が動作せず,特性は評価できなかった。現在,原因を究明中。本研究は,マイクロ波からミリ波帯のRF信号をベースバンドあるいはIFのディジタル信号に変換するダイレクトディジタルRFコンバージョンのRFIC技術確立を目指している。受信系では,RF信号を直接アンダーサンプリングするS/H回路を含むRFICを90nm CMOSプロセスを用いて試作し,世界最速の20GHz (従来は3.5GHz)までの動作を確認した。直並列スイッチ構成とリアクティブ整合により,さらに,フリッカ雑音やジッタなどの影響により劣化するQPSK変調波のEVM評価を行い,復調可能なレベルであることを明らかにした。この成果は,マイクロ波関連の世界3大国際学会であるAPMC2015に採択され,Best Student Paper Awardを受賞した。さらに,IEEE IMaRC2015にて招待論文として発表した。提案の受信機では,LO系やIF回路が不要となり,小形化,低消費電力化が可能となるが,従来構成に比べLNA利得を高くする必要があり,その消費電力の増加が問題となる。そこで,S/H回路のサンプリングクロックに同期して電源をON/OFFする間欠動作LNAを90nm CMOSプロセスで試作した。Ku帯において,世界最速の0.4nS(従来は1.3nS)のスイッチング時間を実現し,Ku帯のS/H-ICで使用している600MHzのサンプリングクロックに十分に追従できることを示した。この成果は,GSMM2016に採択された。以上により,Ka帯の周波数までのダイレクトRF受信の基礎技術が確立できたと考える。今後は,さらなるEVMの改善などが必要となる。送信系に関しては,Ka帯直交変調器の90度移相器に必要となる50GHz帯注入同期周波数分周器を65nm CMOSで試作し,動作を確認した。これまでに開発してきた電流モードDACを用いたダイレクトディジタルRF変調器と合わせることで,Ka帯の回路技術が確立できるものと考える。

受信系については,RF信号を直接サンプリングする方式の受信RFICとしては世界最高周波数の12GHz帯での動作を確認し,世界的なマイクロ波の国際学会であるEuMCに採択されている。また,昨年度の検討結果をまとめて投稿した論文は,電子情報通信学会の英文論文誌に採録決定している。送信系については,RFICを試作したものの,分周器が動作せず,直交変調器全体としての性能が得られていないものの,他の要素回路部分については,ほぼシミュレーション通りの特性が得られていることを確認している。27年度が最終年度であるため、記入しない。無線回路27年度は,26年度のRFIC試作結果を反映した,改良設計,試作を行う。試作したICを用いて送信系,受信系を構築し,変調波を用いた評価を実施する。平成25年度の研究計画は,「(1)RFICの基本的なアーキテクチャの確立を目指し,まずは受信系の回路構成,制御方法を検討する。(2)前記RFICの設計に必要となるFETのフリッカ雑音モデルの検討・検証を実際のICチップ試作を行い実施する。さらに,RFICの送信系に関して,前記検討結果をもとに回路検討を行い,その部分回路を設計,試作する。なお,ICチップの試作には,90nmのCMOSプロセス(TSMC社などの学外ファンダリィ)を用いる予定である。」となっている。基本的には,(1), (2), (3)すべての項目に関して,ほぼ予定通り,研究を実施した。ただし,当初予定では,90nmのCMOSプロセスでの試作を予定していたが,円安が進行したため,TSMCファンダリィでのCMOS IC試作をより費用の安い180nmに変更して,試作,検証を行うこととした。なお,90nmでの試作は,平成25年度の試作結果を反映して,かつ,基金分の持ち越し予算(180nmでのCMOS-IC試作に変更した際に生じた差額)を活用して,平成26年度に実施する予定である。今年度送信系のICが動作せず,次年度にIC改良試作を行う予定であるため,27年度が最終年度であるため、記入しない。円安のため,プロセス費用が上昇し,平成25,26年にそれぞれで90nm CMOS-IC試作を1回ずつ実施する予定が,平成25年度は180nm,平成26年度は90nm CMOS-IC試作をぞれぞれ1回を行うことに変更せざるを得なかった。180nmでの試作結果だけでなく,および他のプロジェクトで実施した90nm CMOS-IC試作の結果をしっかりと反映させて,平成26年度の90nm CMOS-IC試作1回だけで,予定の研究成果が得られるようにする。IC試作費用として使用する予定。APMC2015での受賞,論文リストが示されています。
肝細胞からの低酸素によるグルコース放出のメカニズムに関する研究

1.吸入麻酔薬が肝細胞からのラクテート放出に及ぼす影響初代培養肝細胞を好気的条件で各種吸入麻酔薬(ハロセン,イソフルレン,セボフルレン) 15%下で2時間インキュベーションし、上清液中のラクテート放出量を検討した.いずれの吸入麻酔においても濃度依存性にラクテート放出量が有意に増加した.2.ドパミンが肝細胞からのグルコース放出に及ぼす影響初代培養肝細胞を用い,ドパミンによる肝グリコーゲン分解作用および糖新生作用を検討した.グリコーゲン分解作用はグリコーゲンを豊富に含有する培養肝細胞を用い,糖新生作用はグリコーゲンを枯渇させた培養肝細胞を用いた.ドパミンは10^<-5>M以上の濃度でグリコーゲン分解作用および糖新生作用によるグルコース放出が有意に増加した.さらにそれらの作用はβ遮断剤であるプロプラノロールにより消失した.したがって,ドパミンは肝細胞のβ受容体に作用してグリコーゲン分解および糖新生によりグルコースを放出させる作用を有すると推察された.3.グリコーゲン含有量の異なる培養肝細胞の作成種々の細胞障害実験における肝の栄養状態の違いの影響を検討する目的で,グリコーゲンに乏しい肝細胞からグリコーゲンに富む肝細胞まで種々のグリコーゲン含有量を持つ培養肝細胞モデルを作成した.培養液のグルコース濃度を調整し,初代培養した.蓄積したグリコーゲン量は培養液中のグルコース濃度に依存して増加した.また,培養細胞内外のLDH活性度はグリコーゲン含有量の異なる培養細胞間で有意差はなく,グリコーゲン含有量が異なり,細胞のバイアビリティーに差のない培養肝細胞モデルを作成できた.このモデルを使用し,種々の細胞障害実験における肝の栄養状態の違いの影響を検討できると考えられる.1.低酸素による細胞障害の検討初代培養肝細胞を好気的条件および嫌気的条件で培養し,LDH放出量から細胞障害の程度を検討した.2時間以内では両条件ともLDH放出量に差はなかったが,2時間以上では嫌気的条件でLDH放出量が有意に増加した.2.低酸素によるグルコース放出の検討(1)糖新生の関与:グリコーゲンをほとんど枯渇させた培養肝細胞を作成し,等新生の基質としてフルクトースを添加し,好気的条件および嫌気的条件で30分間培養し,放出されたグルコース量を比較した.好気的条件と比較して,嫌気的条件ではグルコース放出が有意に抑制されたため,低酸素による肝細胞からのグルコース放出への等新生の関与は少ないと推察された.(2)グリコーゲン分解の関与:グリコーゲンを多く含有する培養肝細胞を作成し,糖,アミノ酸など糖新生の基質を含有しない培養溶液を用い,好気的条件および嫌気的条件で30分間培養し,放出されたグルコース量を比較した.嫌気的条件では好気的条件と比較してグルコース放出が有意に増加したため,低酸素による肝細胞からのグルコース放出にはグリコーゲン分解が関与していると考えられた.(3)細胞外カルシウムの影響:グリコーゲンを多く含有する培養肝細胞を通常の培養液あるいは細胞外カルシウムをキレートした培養液を用い,嫌気的条件で30分間および1時間培養した.30分間の培養では細胞外カルシウムのキレートにより肝細胞からのグルコース放出は抑制されなかったが,1時間の培養では有意に抑制された.また,種々の電位依存性カルシウム拮抗剤では低酸素による肝細胞からのグルコース放出は抑制されなかった。3.まとめ2時間以内の低酸素曝露による肝細胞からのグルコース放出には肝細胞障害の影響はなく,グルコース放出は主として肝細胞のグリコーゲン分解によるものであり,グリコーゲン分解には細胞外カルシウムの流入が一部に関与していると推察された.1.吸入麻酔薬が肝細胞からのラクテート放出に及ぼす影響初代培養肝細胞を好気的条件で各種吸入麻酔薬(ハロセン,イソフルレン,セボフルレン) 15%下で2時間インキュベーションし、上清液中のラクテート放出量を検討した.いずれの吸入麻酔においても濃度依存性にラクテート放出量が有意に増加した.2.ドパミンが肝細胞からのグルコース放出に及ぼす影響初代培養肝細胞を用い,ドパミンによる肝グリコーゲン分解作用および糖新生作用を検討した.グリコーゲン分解作用はグリコーゲンを豊富に含有する培養肝細胞を用い,糖新生作用はグリコーゲンを枯渇させた培養肝細胞を用いた.ドパミンは10^<-5>M以上の濃度でグリコーゲン分解作用および糖新生作用によるグルコース放出が有意に増加した.さらにそれらの作用はβ遮断剤であるプロプラノロールにより消失した.したがって,ドパミンは肝細胞のβ受容体に作用してグリコーゲン分解および糖新生によりグルコースを放出させる作用を有すると推察された.3.グリコーゲン含有量の異なる培養肝細胞の作成種々の細胞障害実験における肝の栄養状態の違いの影響を検討する目的で,グリコーゲンに乏しい肝細胞からグリコーゲンに富む肝細胞まで種々のグリコーゲン含有量を持つ培養肝細胞モデルを作成した.培養液のグルコース濃度を調整し,初代培養した.蓄積したグリコーゲン量は培養液中のグルコース濃度に依存して増加した.また,培養細胞内外のLDH活性度はグリコーゲン含有量の異なる培養細胞間で有意差はなく,グリコーゲン含有量が異なり,細胞のバイアビリティーに差のない培養肝細胞モデルを作成できた.このモデルを使用し,種々の細胞障害実験における肝の栄養状態の違いの影響を検討できると考えられる.
超短光パルスシンセシスのための非線形増幅素子固体色素を用いた高機能光空間変調器

レーザー色素の誘導放出断面積は代表的な固体レーザー結晶であるNd:YAGの1000倍近く大きく、飽和フルエンスが2桁小さいことから、エネルギーの小さなピコ秒パルスで効率良くかつ高速に位相共役波を発生させることができる。本研究ではPMMAポリマーにローダミン、DCMなどの有機レーザー色素を添加し、固体化した素子(固体色素)を非線形光学素子として用いて、縮退四光波混合によってピコ秒パルスによる位相共役波発生を行った。固体色素が示す蛍光緩和にはナノ秒以下の短い緩和と数ナノ秒に及ぶ長い緩和が見られる。この緩和過程を詳細に解析し、光学系の最適化を行った。観測された位相共役波の反射率は入射エネルギーの16倍に達した。この位相共役鏡反射率は,ピコ秒領域で観測された位相共役波反射率として、世界最高値である。また、位相共役波のパルスは飽和増幅素子のパルス圧縮効果によってほぼフーリエ変換限界まで圧縮できる。観測できた最短パルス幅は6ps以下である。この位相共役鏡の基本コンセプトは、近赤外で広い利得帯域を示すチタンサファイアや紫外で広い利得帯域を示すCe:LiCAFなどのさまざまなレーザー素子へ応用できるので、紫外から近赤外の波長帯で所望の位相共役鏡をテーラーメードできる。本研究で開発した位相共役鏡は,超短光パルスシンセシスヘと適用でき,大容量光情報処理,化学反応のコヒーレンス制御、超高速コヒーレント分光などへ応用できる。プレ重合したMMAにRhodamine6Gの有機レーザー色素を添加したメタノール溶液を加えて、拡散、重合し、バルクの固体レーザー色素を調製した。この固体レーザー色素を非線形増幅素子として用いて、ピコ秒パルスによる縮退四光波混合を行った。四光波混合光にはNd:YAGレーザー励起の光パラメトリック発生器の出力光を用いた。570nmにおける調整した素子の小信号利得は5倍で飽和フルエンスは1.8mJ/cm^2であった。自己回折光発生、位相共役波発生においてそれぞれ回折効率5%、位相共役反射率6%を観測した。非線形増幅素子をもちいてピコ秒パルスによる縮退四光波混合を行ったのは本研究が世界で初めてである。この時の四光波混合光のフルエンスは0.1-1mJ/cm^2で、外部励起光のフルエンスは2-8mJ/cm^2である。また、縮退四光波混合に用いた入射光パルスのパルス幅が27psなのに対して、自己回折光、位相共役波はそれぞれ24ps、11psにパルス圧縮されていることがわかった。このパルス圧縮効果は利得回折格子の形成に要する時間と考えられるがメカニズムの解明は次年度行う。さらに、相互作用する光波間の位相整合条件を考慮に入れて最適な素子の厚みについて考察を加え、現状の光学系における最適素子厚が5mmであることを実験、理論の両面から求めた。次年度は回折効率、位相共役波反射率の向上を目指し、素子のファイバー化、外部励起光学系の最適化を行う予定である。レーザー媒質の飽和増幅を介して有効な利得回折格子を誘起するのに必要な時間はレーザー活性種の誘導放出断面積に反比例する。レーザー色素の誘導放出断面積は代表的な固体レーザー結晶であるNd:YAGの1000倍近く大きいため、ピコ秒パルスで効率良く二光波混合、位相共役波発生が可能である。本研究では、ローダミン6G色素をPMMAポリマーに添加した固体レーザー色素を用いた前方型縮退四光波混合配置によって自己回折光(前方型位相共役波)発生を行った。励起光にはモードロックQスイッチNd:YAGレーザーの第二高調波(パルス幅<20ps)を用いて、ポリマーを側面励起した。四光波混合には、光パラメトリック発生器によって発生させた577nmのピコ秒パルスレーザー(パルス幅<15ps)を用いた。側面励起法を用いるとポリマー全域を均質に励起できるため、400倍の小信号利得が確認できた。

結果として、ポリマーに入射した信号光の2倍以上のエネルギーを持つ非常に強い自己回折光を発生させることに成功した。この時の励起フルエンスは20mJ/cm2、入射信号光のフルエンスは0.1mJ/cm2であった。結合波方程式を用いて理論解析し、回折効率がほぼ妥当な数値であることを確認した。現在、回折効率の更なる向上、自己回折光の立ち上がり時間測定、後方位相共役波配置による位相共役波発生を進めている。レーザー媒質の飽和増幅を介して有効な利得回折格子を誘起するのに必要な時間はレーザー活性種の誘導放出断面積に反比例する。レーザー色素の誘導放出断面積は代表的な固体レーザー結晶であるNd:YAGの1000倍近く大きいため、ピコ秒パルスで効率良く二光波混合、位相共役波発生が可能である。本研究では、ローダミン6G色素をPMMAポリマーに添加した固体レーザー色素を用いた前方型縮退四光波混合配置によって自己回折光(前方型位相共役波)発生を行った。励起光にはモードロックQスイッチNd:YAGレーザーの第二高調波(パルス幅<20ps)を用いて、ポリマーを側面励起した。四光波混合には、光パラメトリック発生器によって発生させた577nmのピコ秒パルスレーザー(パルス幅<15ps)を用いた。側面励起法を用いるとポリマー全域を均質に励起できるため、400倍の小信号利得が確認できた。さらに、飽和増幅効果による位相共役波発生の超短パルス光に対する可能性を探るため、利得帯域幅が広い有機固体レーザー素子(ポリマーにローダミンなどの有機レーザー色素を添加し、固体化した素子)が示す飽和増幅効果による位相共役波発生を行った。前方型縮退四光波混合の場合と同じく、ピコ秒パルスを用いて縮退四光波混合(図4)を行い、入射エネルギーの2倍を超える高い反射率を観測した。この位相共役鏡反射率は,ピコ秒領域で観測された反射率としては世界最高値である。この時、発生したピコ秒パルスの時間応答性から、位相共役鏡がパルス圧縮効果を併せ持つことがわかった。パルス幅20psのプローブパルスを入射した場合、発生した位相共役波の最短パルスは<10psであった。この位相共役鏡の基本コンセプトは、利得帯域の広いチタンサファイアをはじめとするレーザー素子へ応用できるので、可視から近赤外の波長帯で所望の位相共役鏡を構築できる。