hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サイトカイン受容体を介した血小板内MAPキナーゼ系の制御とクロストークの解明

トロンボポイエチン(TPO)は血小板を直接活性化しないが他刺激による凝集および放出反応を亢進させるこを既に明らかにしてきた。このことは、TPOのシグナルが凝集に至る血小板内のシグナルと」クロストークを起こし亢進させていること示唆した。そこで、血小板内のMAPキナーゼ系に着目し、TPOの作用を検討したころ、MAPキナーゼカスケードのうちTPOはShc-Ras-Rafまで活性化するがその下流のMEK,ERKは活性化しないことを見出した。一方で、MEKとERKはトロンビン(Th)やホルボールエステル(PMA)によりプロテインキナーゼC(PKC)依存性に活性化されたが、この活性化はTPOによりいずれも亢進した。しかし、この時PKCの活性化自体は亢進しなかった。従ってTPOは主としてPKCに依存したMEKの活性化をPKCを介さずに亢進させることによりMAPキナーゼ系を亢進させることが明らかになった。MEKの阻害剤であるPD098059(PD)用い、ThやPMAによる血小板凝集およびTPOによる亢進作用に及ぼすPDの影響をみたところ、PDはThやPMAによる血小板凝集に影響を与えず、またTPOによる亢進作用にも影響しなかった。従って、TPOはMAPキナーゼ系とクロストークするものの、この作用は直接血小板凝集に関与しないと考えられた。MEKとERKは未刺激血小板では可溶画分に存在したが、血小板凝集時にはアクチン重合に依存して細胞骨格へと移行した。従って、IPOとMAPキナーゼ系とのクロストークはERKに制御される細胞骨格の機能に何らかの関わりを持つ可能性が示唆された。つづいて、もう一つのMAPがキナーゼファミリーであるp38 MAPについてもTPOの影響を検討した。P38はトロンビン(Th)刺激により活性化されたがPKCの活性化剤であるPDBuによっては活性化されなかった。また血小板をアスピリン処理してもTh刺激によるp38の活性化は全く影響を受けなかった。TPOはそれ自体p38を活性化しなかったが、Th刺激によるp38の活性化を亢進させた。TPOはまた、Th受容体アゴニストペプチド(TRAP)、トロンボキサンA2アナログ(STA2)、コラーゲン、GPVIのクロスリンキング、ADPやエピネフリン刺激によるp38の活性化も亢進させた。TPO刺激はp38の下流にあると考えられるHsp27やホスホリパーゼA2の燐酸化を生じなかったが、Th刺激によるそれらの燐酸化を亢進させた。P38の特異的阻害剤であるSB203580(SB)はそのような燐酸化を強く阻害した。SBは完全ではないが,ADPやTh刺激による血小板凝集およびTPOによる亢進作用を阻害した。これとは反対に、TPOはPDBu刺激による血小板凝集を亢進させたが、SBはそれを阻害しなかった。以上の結果から、p38MAP系はTPOが他刺激による血小板凝集を亢進させるメカニズムに関与していると考えられた。このようにMAPキナーゼ系とp38MAPキナーゼ系はTPOの刺激伝達機構とクロストークを生じ、後者は特に血小板機能に関与していることが明らかとなった。

また血小板をアスピリン処理してもTh刺激によるp38の活性化は全く影響を受けなかった。TPOはそれ自体p38を活性化しなかったが、Th刺激によるp38の活性化を亢進させた。TPOはまた、Th受容体アゴニストペプチド(TRAP)、トロンボキサンA2アナログ(STA2)、コラーゲン、GPVIのクロスリンキング、ADPやエピネフリン刺激によるp38の活性化も亢進させた。TPO刺激はp38の下流にあると考えられるHsp27やホスホリパーゼA2の燐酸化を生じなかったが、Th刺激によるそれらの燐酸化を亢進させた。P38の特異的阻害剤であるSB203580(SB)はそのような燐酸化を強く阻害した。SBは完全ではないが,ADPやTh刺激による血小板凝集およびTPOによる亢進作用を阻害した。これとは反対に、TPOはPDBu刺激による血小板凝集を亢進させたが、SBはそれを阻害しなかった。以上の結果から、p38MAP系はTPOが他刺激による血小板凝集を亢進させるメカニズムに関与していると考えられた。このようにMAPキナーゼ系とp38MAPキナーゼ系はTPOの刺激伝達機構とクロストークを生じ、後者は特に血小板機能に関与していることが明らかとなった。トロンボポイエチン(TPO)は血小板を直接活性化しないが他刺激による凝集および放出反応を亢進させることを既に明らかにしてきた。このことは、TPOのシグナルが凝集に至る血小板内のシグナルとクロストークを起こし亢進させていることを示唆した。そこで血小板内のMAPキナーゼ系に着目し、TPOの作用を検討したところ、MAPキナーゼカスケードのうちTPOはShc-Ras-Rafまで活性化するがその下流のMEK,ERKは活性化しないことを見出した。一方で、MEKとERKはトロンビン(Th)やホルボールエステル(PMA)によりプロテインキナーゼC(PKC)依存性に活性化されたが、この活性化はTPOによりいずれも亢進した。しかし、この時PKCの活性化自体は亢進しなかった。従ってTPOは主としてPKCに依存したMEKの活性化をPKCを介さずに亢進させることによりMAPキナーゼ系を亢進させることが明らかになった。MEKの阻害剤であるPD098059(PD)を用い、ThやPMAによる血小板凝集およびTPOによる亢進作用に及ぼすPDの影響をみたところ、PDはThやPMAによる血小板凝集に影響を与えず、またTPOによる亢進作用にも影響しなかった。従って、TPOはMAPキナーゼ系とクロストークするものの、この作用は直接血小板凝集に関与しないと考えられた。MEKとERKは未刺激血小板では可溶画分に存在したが、血小板凝集時にはアクチン重合に依存して細胞骨格へと移行した。従って、TPOとMAPキナーゼ系とのクロストークはERKに制御される細胞骨格の機能に何らかの関わりを持つ可能性が示唆された。TPOのクロストークとその機能を明らかにする為、引きつづいてもう一つのMAPキナーゼファミリーであるp38MAPについても同様の検討をする予定である。トロンボボイエチン(TPO)は血小板を直接活性化しないが他刺激による凝集および放出反応を亢進させることを明らかにしてきた。さらに、血小板内のMAPキナーゼ系に着目し、TPOの作用を検討したところ、TPOはプロテインキナーゼC(pKC)に依存したMEKの活性化をPKCを介さずに亢進させることによりMAPキナーゼ系を亢進させることが明らかになった。しかし、血小板機能との関連性は見いだせなかったので、もう一つのMAPキナーゼファミリーであるp38 MAPについてもTPOの影響を検討した。
プローブデータを活用した都市内における環境規制下での貨物車の最適配送計画

本研究は、貨物車に搭載したプローブ機器(GPSとデータ記録用のロガー)から得られたデータをもとに、貨物車の基礎的な運行挙動を把握するとともに、これらの運行挙動を組み込んだ環境制約下における配送計画モデルを定式化する。そして、複数の運行形態の貨物車を対象として最適配送計画を提案し運行コストの削減と都市環境の改善の両面からその効果を評価することを目的としている。得られた主たる成果は以下の通りである。まず、貨物車の運行挙動については、取得したプローブデータにもとづき、貨物車の走行時間や荷さばき時間にみられる不確実性を考慮し、指定時間がある配送地点への出発時刻の決定行動や複数の配送先への巡回経路の選択行動をモデル化した。また同様にプローブデータをもとに、高速道路と一般道との間における大型貨物車(海上コンテナ輸送トラック)による走行経路の選択要因を抽出した上で、経路選択モデル(非集計行動モデル)の構築を行った。さらに明らかになった運行挙動を踏まえて、一般の貨物車(宅配貨物輸送トラック)と大型貨物車(海上コンテナ輸送トラック)の2通りを取り上げて、環境制約下における配送計画を作成した。宅配トラックについては、貨物輸送需要を与件としてデポ、集配拠点の最適配置計画を提案し、貨物車の運行効率の向上と環境改善効果の視点からそれらを評価した。また海上コンテナ輸送トラックについては、構築した貨物車の経路選択行動モデルを用いて、市街地の環境改善を図るため通行料金格差の導入や賦課金徴収を行った場合の、貨物車の市街地から湾岸部の高速道路への迂回誘導効果を評価した。本研究は、貨物車にプローブ機器(GPSとデータ記録用のロガーなど)を搭載し得られたデータをもとに、配送計画作成のための基礎的な貨物車の運行挙動を把握するとともに、これらの運行挙動を組み込んだ環境制約下における配送計画モデルを定式化する。そして複数の事業所を対象として最適配送計画を提案し運行コストの削減と都市環境改善の両面からその効果を評価することを目的としている。本年度は、以下の点について成果を得た。まず貨物車の運行においては定時性の確保が求められるが、そのために得られたプローブデータから運行時間帯による貨物車の走行時間や荷捌き時間にみられる不確実性を明らかにし、それらの不確実性を考慮した配車計画の考え方を示した。具体的には、指定時刻に対する遅刻確率を算出しこれにより貨物車の最適出発時刻の決定行動を分析するとともに、複数地点を巡回する場合に選択可能な各車両巡回順序が最短所要時間となる確率を求め、この確率を用いて巡回順路の選択行動を明らかにした。次に、環境制約に対する貨物車の運行挙動を配送計画に組み込むためには、貨物車に対する走行規制道路区間や流入規制区域、また料金格差や賦課金徴収による経路選択行動を考慮する必要がある。そこで、貨物車の運行実態調査結果をもとに、所要時間、料金などを説明変数とした、経路選択行動モデルを非集計行動モデルの適用によって構築し、走行規制や料金政策による貨物車の行動変化を予測可能とした。まず、貨物車の運行挙動については、昨年度に引き続き、取得したプローブデータにもとづき、貨物車の走行時間や荷さばき時間にみられる不確実性を考慮し、指定時間がある配送地点への出発時刻の決定行動や複数の配送先への巡回経路の選択行動をモデル化した。また新たに取得したプローブデータをもとに、高速道路と一般道との間における大型貨物車(海上コンテナ輸送トラック)による走行経路の選択行動とその要因を抽出し経路選択モデル(非集計行動モデル)の構築を行った。

また明らかになった運行挙動を踏まえて、大型貨物車(海上コンテナ輸送トラック)と一般の貨物車(宅配貨物輸送トラック)の2通りのケースを取り上げて、環境制約下における配送計画を作成した。具体的には、貨物輸送需要を与件としてデポ、集配拠点の配置計画を提案し、貨物車の運行効率の向上と環境改善効果の視点からそれらを評価した。また構築した貨物車の経路選択行動モデルを用いて、市街地の環境改善を図るため通行料金格差の導入や賦課金徴収を行った場合の、貨物車の市街地から湾岸部の高速道路への迂回誘導効果を評価した。
海洋における細菌膜由来の溶存有機物の分布とその分解機構

20032004年の間、以下に示した項目の深度分布を相模湾真鶴沖において毎月調査し、結果を得た。A.細菌とその死滅要因となる生物(鞭毛虫、ウイルス)の現存量:細菌、鞭毛虫およびウイルスの現存量を2004年度に調査したところ、細菌数とウイルス数の間には有意な相関が認められたが、鞭毛虫数との間には有意な相関が認められなかった。この結果は、2003年度に当海域において得られた、細菌数と両者の間に有意な相関が得られたこととは異なる。これらの結果は、この海域における細菌の死滅要因として、鞭毛虫による補食と比べて、ウイルスによる溶菌がよりコンスタントに作用していることを示している。B.細菌生産:チミジンの取り込み速度から推定した細菌の生産速度は、0.0225.3 x 10^5 cells ml^<-1>day^<-1>の間で変化した。これを炭素量に変換すると0.04410.6ng C ml^<-1> day^<-1>となる。細菌生産速度と上述した細菌現存量を基に推定した細菌の回転時間は、表層では数日数十日、深層では数十日数百日のオーダーであり、これまで報告されている沿岸域のそれと良く一致した。また、細菌生産とウイルス数の間には、極めて強い相関が認められた。C.溶存画分における細菌膜成分:真鶴半島沖合における溶存画分のLPSの深度分布は、細菌の死滅要因である鞭毛虫数よりもウイルス数との間により高い相関が認められた。また、濾過と希釈を組み合わせて行い、海洋表層から細菌とウィルスのみを含む海水を得て、培養を行った。培養液中の細菌とウィルスの数、および細菌外膜成分であるリポ多糖(LPS)の経時的変化を調べたところ、ウィルスの増加に伴いLPSが細菌の存在するサイズ画分0.2μm以上から0.2μm未満に移行することが明らかとなり、前述した観測から得られた結果と整合した。これらの結果は、海洋においてウィルスの溶菌による細菌由来DOMが生成するメカニズムを示唆している。昨年度の10月から3月の間、以下に示した項目の深度分布を相模湾真鶴半島の沖において毎月調査した。A.細菌とその死滅要因となる生物(鞭毛虫、ウイルス)の現存量:細菌、鞭毛虫およびウイルスの現存量を6ヶ月間を通じて調査したところ、細菌の現存量とウイルスまたは鞭毛虫のそれとの間には、それぞれ有意な相関が認められた。これらの結果は、調査海域における「補食者-被捕食者」および「ウイルス-宿主」といった相互作用が密接に成り立っていたことを意味する。B.細菌生産:チミジンの取り込み速度から推定した細菌の生産速度は、0.0225.3x10^5cells ml^<-1> day^<-1>の間で変化した。細菌生産速度と上述した細菌現存量を基に推定した細菌の回転時間は数日数十日のオーダーであり、これまで報告されている沿岸域のそれと良く一致した。C.溶存画分における細菌膜成分:濾過と希釈を組み合わせて行い、海洋表層から細菌とウィルスのみを含む海水を得て、培養を行った。培養液中の細菌とウィルスの数、および細菌外膜成分であるリポ多糖(LPS)の経時的変化を調べたところ、ウィルス(バクテリオファージ)の増加に伴いLPSが細菌の存在するサイズ画分0.2μm以上から0.2μm未満に移行することが明らかとなった。この結果は、ウィルスの溶菌による細菌由来DOMの生成メカニズムを示唆している。また、調査を始めたばかりであるものの、真鶴半島沖合における溶存画分のLPSの深度分布は、細菌の死滅要因である鞭毛虫またはウイルスの数のピークと同じかその付近の深度で高くなる傾向が見られた。今後は、天然海域におけるLPSの深度分布に対する、細菌の回転時間や細菌死滅要因との関連を調べるこより、天然海域においても培養系で得られた結果を支持する結果が得られるか否かを確かめる予定である。昨年度の年間を通じて、相模湾の真鶴沖において、0100mにおける計7層から試水を採取し、細菌生産、ウィルス数、鞭毛虫数、水温、塩分濃度、Chl..α濃度、栄養塩類濃度の深度分布を毎月調査した。得られた結果を用いて、細菌現存量に対する各パラメーターの関係を評価するために重回帰分析を行ったところ、相模湾の真鶴沖の細菌現存量はChl.α濃度に大きく影響されていることが示された。このことは、細菌生産は陸域より降雨や河川を通して供給される有機物よりも、むしろ植物プランクトンの基礎生産の過程で生産される細胞外代謝産物(溶存有機物)を利用して主に行われていることを意味している。一方、細菌現存量をその生産で割ることにより得られる細菌の回転時間に対する従属栄養性鞭毛虫数との関係には有意な相関が認められなかったものの、その回転時間とウィルス数との関係には有意な負の相関が認められた。このことから、調査海域における細菌群集の死滅の制御は、鞭毛虫による捕食よりもウィルスの溶菌作用がより寄与していることが示唆された。また、データ数に限りがあるものの(n=14)溶存の細菌膜成分(リポ多糖)と、細菌の回転時間のそれとの間に有意な逆相関の関係が認められたことから、その生成にウイルスの溶菌が関与していることが示唆された。

本研究の結果から、以下のような結論を得た。相模湾真鶴沖における細菌群集の生産(増殖)は、主に植物プランクトンによる光合成に伴い放出される溶存有機物によって制御されている一方、その死滅は主にウイルス(バクテリオファージ)による溶菌を主な要因としている。また重回帰分析の結果から、細菌現存量は、前者によるボトムアップ・コントロールによりを制御されていることが示唆された。また、溶存のリポ多糖の分布と細菌の回転時間との逆相関の関係は、本海域における、ウイルスの溶菌作用を通じた溶存のリポ多糖の生成を示唆するものと考えられる。20032004年の間、以下に示した項目の深度分布を相模湾真鶴沖において毎月調査し、結果を得た。A.細菌とその死滅要因となる生物(鞭毛虫、ウイルス)の現存量:細菌、鞭毛虫およびウイルスの現存量を2004年度に調査したところ、細菌数とウイルス数の間には有意な相関が認められたが、鞭毛虫数との間には有意な相関が認められなかった。この結果は、2003年度に当海域において得られた、細菌数と両者の間に有意な相関が得られたこととは異なる。これらの結果は、この海域における細菌の死滅要因として、鞭毛虫による補食と比べて、ウイルスによる溶菌がよりコンスタントに作用していることを示している。B.細菌生産:チミジンの取り込み速度から推定した細菌の生産速度は、0.0225.3 x 10^5 cells ml^<-1>day^<-1>の間で変化した。これを炭素量に変換すると0.04410.6ng C ml^<-1> day^<-1>となる。細菌生産速度と上述した細菌現存量を基に推定した細菌の回転時間は、表層では数日数十日、深層では数十日数百日のオーダーであり、これまで報告されている沿岸域のそれと良く一致した。また、細菌生産とウイルス数の間には、極めて強い相関が認められた。C.溶存画分における細菌膜成分:真鶴半島沖合における溶存画分のLPSの深度分布は、細菌の死滅要因である鞭毛虫数よりもウイルス数との間により高い相関が認められた。また、濾過と希釈を組み合わせて行い、海洋表層から細菌とウィルスのみを含む海水を得て、培養を行った。培養液中の細菌とウィルスの数、および細菌外膜成分であるリポ多糖(LPS)の経時的変化を調べたところ、ウィルスの増加に伴いLPSが細菌の存在するサイズ画分0.2μm以上から0.2μm未満に移行することが明らかとなり、前述した観測から得られた結果と整合した。これらの結果は、海洋においてウィルスの溶菌による細菌由来DOMが生成するメカニズムを示唆している。
純系実験魚作出技術の開発

紫外線照射によって、遺伝的に不活性化した卵あるいは精子を用いて、雌性発生あるいは雄性発生を誘起し、さらに第1卵割を阻止して染色体を倍数化し、遺伝的に斉一化した魚、すなわち純系魚を得る目的で、ドジョウ(Misgurnus anguillicaudatus)を実験材料として、作出諸条件の解明、作出魚の倍数性や同型接合性の判定法等を中心に研究を行い、次のような成果を得た。1.予備実験により、天然四倍体およびそれから得た三倍体、通常二倍体、雌性発生半数体を素材として、初期胚の染色体観察による倍数性判定法、並びに赤血球長径による判定法を確立した。2.紫外線照射精子媒精卵の第1卵割を阻止して雌性発生二倍体を得るために、媒精卵の温度処理や圧力処理の諸条件を検討した結果、媒精卵を3035分後に800kg/cm^2、1分間処理が最も効果的であることが明らかになった。また得られた二倍体のアイソザイム遺伝子座の検討を行ったところ、同型接合の純系であることが判明した。3.ドジョウ卵では、18757500ergの紫外線照射で遺伝不活性化が完全に起こることが判明した。この照射卵を正常精子媒精後、圧力処理で第1卵割を阻止したところ、生存性の雄性発生二倍体が作出できた。劣性遺伝子支配の緋色を父方の指標とした実験で、卵割阻止型雄性発生二倍体であることが証明できた。これらも、父方のゲノム由来の純系魚と判断された。4.卵割阻止型雌性発生二倍体や雄性発生二倍体の胚は、一般に生存率が低かった。胚における染色体観察に結果、二倍体のほかに半数体や染色体断片等の構造異常を伴う染色体を持つ異数体が多くみられ、これが生存率低下の大きな要因となっていることが推察された。遺伝的に斉一化した実験動物の作出技術開発を目標に,ドジョウを実験材料として,第一卵割阻止型雌性発生二倍体の作出に主体をおき,紫外線照射精子媒精卵の高温及び低温処理による染色体の倍数化諸条件の解明を行い,次の成果を得た。1.高温処理紫外線照射精子で媒精した卵を,媒精後種々の高温水で種々の時間処理した結果、正常稚魚の出現率は、39°Cで90分間処理が最も高いこと,また媒精後5分と30分に処理を開始した場合に高い結果となった。卵の発生過程から,30分後処理区の稚魚が第1卵割処理により倍数化されたもので,5分後処理区の稚魚が第2極体放出阻止により倍数化されたものと推定された。しかし、正常ふ化稚魚率は前者の処理区において著しく低かった。2.低温処理紫外線照射精子媒精卵について、低水温で上記の場合と同様の時間帯で処理した結果,媒精後5分と30分処理区において、正常稚魚の出現が見られた。しかし、30分処理区では,5分処理区よりもその出現率が著しく低く,第1卵割阻止による倍数化が極めて因難なことが示唆された。3.異種精子と倍数化ドジョウの卵に対し.コイ等異種の照射精子でも雌性発生誘導が可能なこと,また倍数化率に差のないことが判明したことにより,雌性発生二倍体の確認が発生初期に可能となった。

4.親魚の個体差による倍数化率の差異16尾の雌親から得た卵で雌性発生を誘起し,倍数化処理を行った結果,親魚の個体により倍数化の成功率が大きく異ったが,卵の老化とも関係しているように思われるので,来年度以降に解明したい。配偶子あるいは接合子の染色体を操作することによって,遺伝的に斉一化した実験動物,すなわち近交系を作出する技術の開発を目標に,ドジョウを実験材料として,紫外線照射精子で媒精した卵の第1卵割阻止型雌性発生二倍体の作出に主体をおき,媒精卵の水圧処理による染色体の倍数化条件の解明を行い,次の成果を得た。1.好適処理水圧の検討HCG投与によって人工排卵させた成熟卵に紫外線照射精子を媒精し、その卵に,既に手法の確立されている第二極体放出阻止による倍数化を指標として、300800Kg/cm^2,16分間処理を試みた。その結果,700と800Kg区において,倍数化が成功したと思われる正常形態をした稚魚の出現率が最も高い(5060%)こと,また処理時間は1分区において正常稚魚の出現率が最も高いことが判明した。2.処理時間の検討上記知見を基礎とし,紫外線照射精子媒精卵を,媒精後2050分経過した時点で,800Kg,1分間処理を行ったところ,2535分区(第1卵割前期)に倍数化が成功したとみられる正常稚魚が出現し,30分区においても最も高かった。しかし,その最高区の出現率はわずか3.9%にしか過ぎず,前年度における低温並びに高温処理の場合と同様に,第1卵割処理による倍数化が極めて困難であることが示唆された。しかし、魚類では産卵数が多いので,次年度は多数の卵を対象として,第1卵割阻止型雌性発生二倍体の作出を行う。卵の老化と倍数化率排卵後母体内に滞留させた卵を経時的に放卵させて媒精及び倍数化を行ったところ,45時間経過の卵では,倍数化率の著るしい低下の起ることが判明した。紫外線照射配偶子を用いて、雌性あるいは雄性発生を誘起し、さらに第1卵割を水圧処理によって阻止して染色体を倍数化し、生存能力のある純系魚作出を目的に研究を行い、次の成果を得た。1照射精子媒精卵を、3035分後に800kg/cm^2、1分間処理を行うことにより、生存性の雌性発生二倍体が得られた。これらのアイソザイム遺伝子座の検討を行ったところ、同型接合の純系であることが判明した。2倍数化処理雌性発生群の胚は、一般に生存率低く、染色体観察の結果、半数体や構造異常を伴った異数体がみられ、これが生存率低下を招く大きな要因となっていることが推察された。3卵割阻止型倍数化の成功率の高い卵を産出した雌親を用い、再度雌性発生二倍体作出を試みたところ、再び高い生存率が得られ、倍数化における親魚の遺伝性が示唆された。4照射卵を正常精子媒精後、同様の倍数化処理を行ったところ、生存性の雄性発生二倍体が得られた。劣性遺伝子支配の緋色を指標とした実験で、卵割阻止型雄性発生二倍体であることが照明できた。これらも、父方ゲノム由来の純系魚と判断された。5紫外線照射卵で雄性発生した胚の染色体を調査した結果、正常染色体を持つ胚の外に、種々の染色体断片を伴う異数体が数多く存在することが判明し、これが雄性発生二倍体の生存率の低い大きな要因となっていることが推察された。
パルスレーザ量子制御による混合ガス絶縁破壊機構に関する研究

電気的絶縁ガスの火花破壊メカニズムを探るために、パルスレーザ放電制御法が用いられた。本研究対象を大別すると、次の4つのテーマである。(1)パルスレーザ誘導プラズマ法による電気絶縁ガス中の電子とイオン挙動の観測とその輸送係数の計測(2)パルスレーザトリガ法による正極性直流ストリーマ制御と空間電荷電界計測(3)大気圧N2混合ガスの火花放電特性とその火花破壊メカニズムのパルスレーザ放電制御(4)パルスレーザによる帯電.除電技法の開発これらの研究の中で、パルスレーザ光の量子効果の空間的にも時間的にも制御された電離プラズマを発生が、火花放電機構の解明に有効であることを確認した。特に、得られた主な成果を列記すれば次のようになる。(1)これまで困難であった大気圧での荷電粒子の輪送係数の計測が実現された。(2)直流コロナ放電のイオン流場での空間電荷電界が測定され、数値解析の結果と良く一致することが確認された。(3)ある放電条件で特有の火花破壊の耐電圧は、パルスレーザ照射によってのみ決定可能である。初年度の実験として,各種ガス中でのレーザ生成プラズマで発生した荷電粒子の挙動を調べている。電気絶縁混合ガスを探る目的から,N_2,Co_2,O_2,N_2/O_2,N_2/NO, SF_6,SF_6/N_2,Arガスに関して,電子,正イオン,負イオンのドリフト速度を大気圧で実測した。平等電界ギャップのレーザ照射に起因した放電電流波形から,ドリフト速度のみではなく電離,付着,電子離脱再結合の時空的変化に注目した。得られた主な結果と今後の方針は次のようなものである。(1)電子の時空的変化の把握が可能になったので,電子が走行する空間をレーザ量子制御し,その変化を探る。(2)負イオンの時空的変化の把握が可能になったので,走行中の負イオンにレーザ照射して光電子離脱作用を系統的に調べる。(3)正イオンの時空的変化の把握が可能になったので,走行中の正イオンにレーザ照射で生成した負イオンを衝突させ,その相互作用を探る。(4)さらに,H_2Oガスに関して調査を試みる。N_2/NO,N_2/O_2,N_2/H_2O混合ガス中での電子スオームの挙動と放電開始遅れについて,モデル解析と実験より検討した。得られた結果は次のようなものである。(1)微量なNO,O_2,H_2O混合による電子スオームの輸送係数をモンテカルロ法で導出し,その結果を,レーザパルスタウンゼントの実験結果と比較検討した。特に,換算電界E/Pが10V/cm・Torr以下の輸送係数導出に成功している。(2)各種混合ガス10200Torrの圧力での不平等直流放電特性の実験により,従来では見い出されていないコロナ安定化作用の出現を確認した。この作用の発現には、放電生成物の超励起分子の強力な電子付着作用の関与が考えられる。(3)パルスレーザ生成電離プラズマの新利用分野として,誘電体表面の帯電電荷量制御技術を確立した。N2,O2,NO, CO2,H2O, SF6の6種類の単独ガスとそれらの混合ガスの弱電離気体中での電子とイオンの輸送係数が、モンテカルロシミュレーションの数値解析から導出された。その結果から、次のことが分かった。(1)SF6ガスの代替ガスとしてのN2ガスは、電子の低エネルギー部に大きな振動断面積をもち、その振動励起衝突が電子エネルギーの増加を抑制するバリア効果が期待される。(2)さらに、有極性分子のH2O蒸気ガスは、換算電界が約20V/cm・Torr以下で、大きな衝突断面積の回転励起により、顕著な電子エネルギー抑制効果が想定される。(3)最も電離エネルギーの低いNOガスをN2ガスに僅かに混合すると、より低い換算電界より電離係数が上昇する。一方、これらの荷電粒子の輸送系数の解析結果を実測で検証するために、高いガス圧力でも実測を可能にするパルスレーザ誘導法が適用された。

(1)NOガスの微量混合は、パルスレーザ照射時の電離プラズマ発生を強化し、電子とイオンの輸送係数の計測を容易にする。(2)N2/SF6混合ガス中の正イオンと負イオンのドリフト速度は、Blancの法則に良く適合することを、760Torrの高いガス圧力で確認する。(3)パルスレーザ誘導法は、多光子吸収電離作用を用いるために、従来計測が困難であった高気圧ガスで有効である。
新規アミノアシルtRNA合成リボザイムの創製

非天然アミノ酸変異法は、人工的な官能基を蛋白質に部位特異的に導入する優れた方法である。この変異法にはアシルtRNAの合成が必須であり、我々はリボザイムを人工的に進化させることでアシルtRNAの合成を簡便化することを提案してきた。これまでに試験管内分子進化により創製したRNA触媒を用いて、Phe誘導体でアシル化されたtRNAの合成に成功している。本課題では、RNA触媒を進化させ、本方法をPhe誘導体以外の非天然アミノ酸に拡張することを目的とした。RNA触媒の基質となるアミノ酸は、カルボン酸をエステル化して弱く活性化したものを用いている。これまでの研究から、RNA触媒は基質の脱離基を認識せず、側鎖の芳香環を認識するため、側鎖に芳香環を持つアミノ酸のみがRNA触媒の基質となることが分かっていた。そこで、もしRNA触媒の基質認識部位を、側鎖から脱離基に変更できれば、様々な側鎖をもつアミノ酸をtRNAに連結することが可能になると考えた。この設計指針によって、脱離基に芳香環(認識部位)をもつ新しい基質を合成した。この基質は当初の考え通り、既存のRNA触媒の基質となったが、そのアシル化効率は低かった。そこで新しい基質に対してRNA触媒を最適化するため、試験管内進化を行なった。得られたRNA触媒は進化を行なう前のものに比べ、5倍以上の活性を持っていた。このRNA触媒と、脱離基に芳香環(認識部位)をもつ基質を用いることで、これまでの基質の制限を大幅に取り払ったtRNAアシル化法が完成した(Nat.Methods 2006)。今後、本方法によりアシルtRNAの合成が簡略化され、非天然アミノ酸を用いた蛋白質の改変が容易になると考えられる。さらには、RNA触媒を遺伝暗号のリプログラミングと組み合わせ、非天然型ペプチドを調整することで、革新的な創薬技術の開発に応用できると期待される。非天然アミノ酸変異法は、人工的な官能基を蛋白質に部位特異的に導入できる優れた方法である。しかし非天然アミノ酸を結合したアシルtRNAの合成が困難であるため、本方法の利用は限られたものであった。そこで我々はアシルtRNAの合成を触媒するリボザイムを人工的に進化させ、この合成を簡便化することを提案してきた。これまでにフレキシザイムを創成し、Phe誘導体でアシル化されたtRNAを合成し、これを蛋白質に部位特異的に導入することに成功している。本課題ではRNA触媒を進化させ、フェニルアラニン誘導体以外の非天然アミノ酸に本方法を拡張することを目的とする。本年度はまずRNAのプールを合成した。40塩基のランダム配列の3'末端側にtRNAの類似体を結合させたDNAを大容量PCRを用いて増幅し、さらにこれを鋳型としてRNAを転写した。このRNAと基質である弱く活性化したアミノ酸(Nle-CME)を用いて、試験管内進化実験によりアシル化活性をもつリボザイムを単離した。しかし解析の結果、最初に得られたリボザイムは3'末端の水酸基ではなくRNA鎖中の2'水酸基をアシル化していることが分かった。そこで次に、我々が以前単離したフレキシザイムの骨格を基本にし、ランダム配列を配置したRNAプールを設計した。フレキシザイムは、末端の3'水酸基をアシル化することが分かっているため、この新しいプールには目的の活性を持つリボザイムが多く存在していると考えられる。このプールを用いて弱く活性化したアミノ酸(Phe-CME)に対する試験管内進化実験を行った結果、より活性の向上したeFx(enhanced Flexizyme)が創成できた。さらにeFxはPheの他にTrp,Tyrも基質とできることが分かった。今後は基質の設計を工夫し、より多くのアミノ酸を受入れることができるリボザイムを創成する予定である。

今後、本方法によりアシルtRNAの合成が簡略化され、非天然アミノ酸を用いた蛋白質の改変が容易になると考えられる。さらには、RNA触媒を遺伝暗号のリプログラミングと組み合わせ、非天然型ペプチドを調整することで、革新的な創薬技術の開発に応用できると期待される。
新規トリプトファン関連物質測定の臨床検査領域(腎機能検査)への適用

我々は、ヒト尿中より基本骨格のトリプトファンに糖の結合した分子量366の新規の蛍光物質(Substance X ; S. X)を見い出し、S. X.測定が腎機能(糸状体濾過能)評価に有用であることを明らかにした。クレアチニン(Cr)との比較現行の腎機能検査で一番信頼性の高いCrと比較したところ、Cr、ならびにCrクリアランスとの相関は極めて良好であった。また、Body Mass Indexや、クレアチニン排泄量を基に解析したところ、S. X.は、Crと異なり、筋肉量に影響を受けず腎機能を反映しているのが判明した。動物実験の結果、腎機能検査のゴールデンマーカーと言われているイヌリンクリアランスとより良好な相関関係を示した。S. X.は、Crより正確に腎機能を反映するものと判断される。腎機能評価以外の観点からの検討S. X.は、必須アミノ酸のトリプトファンを有し、何らかの生理的意義を持つと推定される。生理的意義の解明の意味で、他の体液と、他の種属における存在の有無を確認した。羊水での検討:羊水中では、妊娠の経過とともに増加し、腎臓の発達と尿の生成を反映していると考えられる。妊娠中毒症の1例において高値を示し、病態との関連が示唆された。髄液での検討:腎機能正常の患者では、S. X.は、有意に血清中に比し髄液中の濃度が高く、神経系における意義が示唆された。神経変性疾患で高値を示す症例があり、病態との関与が考えられる。ヒト以外の生物での検討:ヤツメウナギ、鶏卵、マウス、ラット、犬の血清にS. X.に一致するピークが確認された。種を超えて存在することは、その生理的意義の重要性を示すものと思われる。申請者たちは、ヒト尿中より新規トリプトファン関連物質;Substance X(S.X)を見い出し、S.X測定の臨床検査領域、特に、腎機能検査における有用性を評価するための基本的検討を行った。また、生理的意義を探る目的で体液での測定も行った。性別、年齢の影響性別、年齢別による変動を検討した結果、血清中、尿中でのS.Xは、クレアチニンに比して、性差、および年齢による変動は小さく、ほぼ一定であることが明らかになった。筋肉量を基にしたクレアチニンとの比較S.Xは、筋肉量の低下のためクレアチニンのわずかな上昇にとどまる腎機能低下症例でも、鋭敏に反応することを申請者たちは示してきた。今回、患者を筋肉含量によりグループ分けし、S.Xとクレアチニンの同時測定を行い、両者への筋肉量の影響を検討した。その結果、S.Xは、明らかに、クレアチニンとは異なり筋肉量の影響は受けず、より正確な腎機能(糸球体ろ過率)を反映していることが証明された。以上の結果より、S.X測定は、腎機能評価に有用であると考えられた。体液での検討生理的意義を探る意味で、髄液、羊水など体液での測定を試みたところ、S.Xは、髄液、羊水においても検出された。羊水中のS.Xは、妊娠週数とともに増加を示し、妊娠中毒症などの一部の症例において高値を認めた。腎不全の症例を除き、髄液中のS.Xの濃度は、血清の濃度を超えており、単なる血液からの移行では説明されないと考えられた。また、ある種の神経変性疾患や、脳腫瘍の症例の一部に高値検体が認められた。これらは、S.Xが神経系で何らかの生理的作用・意義を示唆するもの、と推定している。申請者たちがヒト尿中より見い出した新規トリプトファン

関連物質;Substance X(S.X)測定の臨床検査領域、特に、腎機能検査における有用性を評価するため、基本的検討と追加実験を加えた。臨床検査領域への適応を考慮しての検討筋肉含量の影響の有無を明らかにするために、健常人で、Body Mass Index(BMI)とS.Xならびに、クレアチニンとの相関を求めた。BMIとクレアチニンには相関が認められたが、S.Xに対しては、相関は認められなかった。これは、前回報告のS.Xは、クレアチニンとは異なり筋肉量の影響は受けず、より正確な腎機能(糸球体ろ過率)を反映している結果を、さらに明らかに証明することになった。クレアチニンは、摂取蛋白量の影響を受けることが報告されている。摂取蛋白量のS.Xに対する影響の有無をみるため、現在、腎不全患者の高蛋白食、低蛋白食下での検体を収集中である。他の病態での検討腎機能障害以外の病態において、若干の検討を行った。坦癌患者においては、一部のトリプトファン関連物質が変動することが知られている。数例の検討では、S.Xに特に異常は認められなかった。また、S.Xは、各年代を通じて一定であり、老齢化するとともに増加することを示したが、この点に関し学会発表の際に、代謝の影響(甲状腺ホルモン)の関与を示唆された。検討した甲状腺機能亢進症症例においては、正常を示し、関与の可能性は低いと思われた。構造解析面での検討今回、今まで不明であったSXの糖の部分の構造を明らかにできた。現在新規物質として特許出願中である。さらに、共同研究グループが本構造を基に、合成に着手し、合成法を開発中である。
服薬安全のためのLED照明等異なる光源下での医薬品色彩変化範囲と混同色の検証

本研究は、高明度、低彩度に偏り色彩的類似性が高い日本の処方薬が服薬時の光源によって、さらに識別性が低下し、服薬ミスが引き起こされる危険性に着眼し、安全な服薬環境を提言することを目的とするものである。本年度は種々の光源下で錠剤色の色変化を測定するため、錠剤の色彩試料の選定、および昨今増えつつあるLED照明をはじめとする光源の検討を行った。試料は、日本の錠剤の色の特徴である高明度、低彩度の範疇で、色相別に、明度、彩度が同尺度で段階的に変化するようグループ化することが最も重要である。当初、立体的な実剤に近い試料を作成する計画をしていたが、色の作成に課題があり、模擬実験で使用した色票を用いることになった。その場合、試料のサイズが重要である。色彩輝度計での測色においては面積は影響しないが、目視の評価では色の「面積効果」から大きな面積であるほど高彩度、高明度に知覚される。そのため、筆者らのこれまでの調査から、日本の平均的な錠剤の大きさである直径約6cmの円形に切り取る必要があることが示唆された。また、光源の選定については、分光放射照度計(コニカミノルタ社製、CL-500A)によって、標準光源装置内の種々の光源や一般的に使用されている光源の色温度や波長分布を測定したところ、模擬実験時不明であった光源の波長分布を分光グラフで視覚化でき、一見同様に見える光源色でも分光分布が異なる照明があることが明確になった。高齢患者の住居を想定してLED光源だけでなく、蛍光灯の照明器具、および季節、時間、天候の異なる自然光などより幅広い光源下で試料を測色する必要をより強く感じる結果となった。今後は、本年度の研究の経過から、試料の完成と光源の決定をし、色彩輝度計での測色、および20代の被験者と白内障罹患モデルでの評価を計画している。光源下で測色する試料について、錠剤の実剤を用いるのは、大きさや厚みの条件が錠剤ごとに異なり、また色彩も段階的でないため不適切である。そのため、これまで染料と賦形剤を用いて成型した錠剤を使用することを試みた。しかし、高明度・低彩度の範疇で色相ごとに同尺度で段階的に再現することが困難であった。光源による僅差の色変化を明らかにする目的から、より明度、彩度が段階的に着色されている「JIS標準色票」など、色票のみを使用して試料を作成することとした。光源下の錠剤の色変化を測色する試料の選定において、色相別に明度、彩度の同尺度での段階的変化、大きさ、質感が課題である。そこで、試料として「JIS標準色票」を検討したが、色彩は段階的な彩度、明度変化であるものの、素材が光沢紙であるため、日本の多くの錠剤のマットな質感とやや相違している。そのため、現在、日本ペイントなどインテリア・塗装分野の企業が製造しているマットな素材の色票を候補に挙げ、試料を選定中である。これらは、壁紙や外壁の色票の特徴として、無彩色に色味が感じられるような色彩範囲もしくは温かみのある赤、黄赤、黄を基本とした高明度、低彩度の色票が充実しており、日本の錠剤の色範囲と非常に共通性があることも利点である。今後は3000色以上ある色票の中より高明度、低彩度で段階的な色票を50100色を選定し、直径6cmの円形に切り出し、試料を作成する。また、室内を想定したさまざまな分光分布の照明、および異なる条件の屋外の自然光の下で色彩輝度計による測色、20代の被験者の裸眼と白内障罹患モデルを対象に目視での色知覚評価を行う予定である。

高齢患者の住居を想定してLED光源だけでなく、蛍光灯の照明器具、および季節、時間、天候の異なる自然光などより幅広い光源下で試料を測色する必要をより強く感じる結果となった。今後は、本年度の研究の経過から、試料の完成と光源の決定をし、色彩輝度計での測色、および20代の被験者と白内障罹患モデルでの評価を計画している。光源下で測色する試料について、錠剤の実剤を用いるのは、大きさや厚みの条件が錠剤ごとに異なり、また色彩も段階的でないため不適切である。そのため、これまで染料と賦形剤を用いて成型した錠剤を使用することを試みた。しかし、高明度・低彩度の範疇で色相ごとに同尺度で段階的に再現することが困難であった。光源による僅差の色変化を明らかにする目的から、より明度、彩度が段階的に着色されている「JIS標準色票」など、色票のみを使用して試料を作成することとした。光源下の錠剤の色変化を測色する試料の選定において、色相別に明度、彩度の同尺度での段階的変化、大きさ、質感が課題である。そこで、試料として「JIS標準色票」を検討したが、色彩は段階的な彩度、明度変化であるものの、素材が光沢紙であるため、日本の多くの錠剤のマットな質感とやや相違している。そのため、現在、日本ペイントなどインテリア・塗装分野の企業が製造しているマットな素材の色票を候補に挙げ、試料を選定中である。これらは、壁紙や外壁の色票の特徴として、無彩色に色味が感じられるような色彩範囲もしくは温かみのある赤、黄赤、黄を基本とした高明度、低彩度の色票が充実しており、日本の錠剤の色範囲と非常に共通性があることも利点である。今後は3000色以上ある色票の中より高明度、低彩度で段階的な色票を50100色を選定し、直径6cmの円形に切り出し、試料を作成する。また、室内を想定したさまざまな分光分布の照明、および異なる条件の屋外の自然光の下で色彩輝度計による測色、20代の被験者の裸眼と白内障罹患モデルを対象に目視での色知覚評価を行う予定である。購入した機器が当初の予定額を下回った価格で購入できたこと、色彩学会への参加を見送ったために使用額が減じた。今後は、標準光源装置の電球の消耗に伴う部品の交換と新たな光源、色票の購入費、被験者への謝礼、情報の収集、発表のための旅費等に充当する。
流体と多孔質弾性体の連成解析による軟骨の変形と滲出が生体潤滑に与える影響の解明

本研究の目的は、生体潤滑機構解明のために関節軟骨内外の流れおよび関節軟骨の変形を考慮した流体と多孔質弾性体の連成解析手法の開発を行い、生体軟骨の変形と滲出が骨端間の流体潤滑及び摩擦特性に与える影響を定量的に明らかにすることである。本年度は、流体と弾性体の連成コードを開発し、検証問題による開発したコードの妥当性の確認と解析に適した計算設定を調べた。流体構造連成解析に対するベンチマーク問題としてTurek and Hronが提案した、2次元矩形流路中の弾性棒の流体励起振動の解析を利用した。流体解析には移動境界問題に対する流体解析法の一つであるArbitrary Lagrange-Eulerian法を実装し、弾性体には検証問題の設定に合わせるために流体に対して透過性を有さないSt.Venant-Kirchhoffモデルを使用した。流体と弾性体の連成は強連成とした。界面の移動に対する流体メッシュの制御法には線形弾性体の平衡方程式を使用した。線形弾性体の構成式に使用されるパラメータに対する解の収束性を調べ、メッシュの歪みが小さくかつ求解の反復回数が少ない値を調査した。その結果、構成式のパラメータをポアソン比に変換した場合に、ポアソン比が0.3程度の値で最も計算が安定し、求解の反復回数が少ないことがわかった。さらに、有限要素法による流体変数の離散化に関して、流速が双線形、圧力が一定のQ1Q0要素と流速、圧力がともに双線形のQ1Q1要素の2つを用いて、計算負荷と計算精度を比較した。このベンチマーク問題に対しては、Q1Q0要素で十分にTurek and Hronの数値解と近い結果を示し、Q1Q1要素の解析に比べ、計算負荷の観点で優位であった。生体軟骨部位における流動解析に着手できていないため。ウェッジ作用またはスクイーズ作用のみが生じる単純な計算設定とその解析を行い、多孔質媒体の流体透過性による潤滑効果と摩擦特性の影響を明らかにする。そして実形状の生体関節を模擬したモデルを作成し、生体潤滑機構に対して支配的な因子を明らかにする。本研究の目的は,生体潤滑機構解明のために関節軟骨内外の流れおよび関節軟骨の変形を考慮した流体と多孔質弾性体の連成解析手法の開発を行い,生体軟骨の変形と滲出が骨端間の流体潤滑及び摩擦特性に与える影響を定量的に明らかにすることである.本年度は,流体と多孔質弾性体のそれぞれに対してコーディングを行い,計算の妥当性と安定性について評価を行った.移動境界問題に対する流体解析には界面での境界条件を与えやすく,かつ界面における不連続量の再現性に長けるArbitrary Lagrangian-Eulerian法を実装し,プログラミング検証によく用いられているスロッシング問題に適用し,実験結果および他の数値解析解と比較した.時間方向の離散化に対してEuler陽解法,Crank-Nicolson法,Euler陰解法の3種類,非線形項(対流項)の扱いに対してNewton-Raphson法と移流速度を前タイムステップの流速で近似する方法の2種類を実装し,計算精度,計算安定性,計算負荷の観点から最適な離散化を調べた結果,Crank-Nicolson法と移流速度を前タイムステップの流速で近似する方法の組み合わせが,十分な計算安定性を有し,実用的な計算負荷であることがわかった.多孔質弾性体に対してはBiot理論に基づく流体と弾性体の混合モデルを採用し,有限要素法の8節点6面体要素でコーディングを行った.基礎式は平衡方程式,ダルシー則,非圧縮条件である.これらの方程式の連成解法はLagrange未定乗数法による定式化に基づく一体型解法とした.一軸方向の圧縮問題に適用し,理論解と比較することで計算の妥当性を確認した.当初計画では流体と多孔質弾性体の連成解析法および多孔質弾性体間の接触解析の開発を本年度の研究内容に入れているが,まだ実施できていないため.本研究の目的は、生体潤滑機構解明のために関節軟骨内外の流れおよび関節軟骨の変形を考慮した流体と多孔質弾性体の連成解析手法の開発を行い、生体軟骨の変形と滲出が骨端間の流体潤滑及び摩擦特性に与える影響を定量的に明らかにすることである。

生体軟骨部位における流動解析に着手できていないため。流体と多孔質弾性体の連成解析法を開発した後,ウェッジ作用またはスクイーズ作用のみが生じる単純な計算設定とその解析を行い,多孔質媒体の流体透過性による潤滑効果と摩擦特性の影響を明らかにする.そして実形状の生体関節を模擬したモデルを作成し,生体潤滑機構に対して支配的な因子を明らかにする.ウェッジ作用またはスクイーズ作用のみが生じる単純な計算設定とその解析を行い、多孔質媒体の流体透過性による潤滑効果と摩擦特性の影響を明らかにする。そして実形状の生体関節を模擬したモデルを作成し、生体潤滑機構に対して支配的な因子を明らかにする。解析及び画像処理用にワークステーションを購入する予定であったが,機関所有のスーパーコンピュータを代替として使用したため.次年度に,旅費,論文投稿料や画像処理用のソフトウェアの購入費に使用する.研究の遅れにより、データ記録用メディアや並列化サービスを購入しなかったため、次年度使用額が生じた。次年度の研究の進捗状況に応じて、データ記録用メディア、並列化サービス、旅費、論文投稿料等に使用する。
酸化マンガン上での水1分子分解反応に向けたクラスター複合化

本研究では水分子の分解反応を目指して酸化マンガンクラスターを酸化セリウムと複合化し、その電子状態や水分子との反応性を調べることで、水分解触媒の設計指針を得ることを目的としている。そのために酸化マンガン-酸化セリウム複合クラスターの生成、クラスターと水分子の反応測定、X線吸収分光によるクラスターの電子状態測定を行い、水分子分解反応に対する酸化セリウム複合化について理解、検討を進めていく。クラスターの生成はマグネトロンスパッタ法により行う。初年度にマンガン4原子を含む酸化マンガンクラスターの生成および測定を行ったのち、酸化マンガン-酸化セリウム複合クラスターの生成および測定を進めつつ、並行して装置の改良も行っている。X線吸収分光はクラスター中に含まれる元素それぞれの電子状態を独立に調べることができる方法であり、本研究のように水分子の分解によって金属原子の価数変化や酸素原子の結合状態変化が期待される系に対して非常に有効であると期待される。測定は高エネルギー加速器研究機構の放射光施設Photon Factoryを利用し、我々のクラスター装置を持ち込んで実施する。本研究では主に、クラスターが含む酸素数に応じたマンガン価数、セリウム価数の変化を調べることで、余剰酸素の付加する元素についての知見を得る。2017年度は酸化マンガンクラスターについての測定を行い、酸素数に対するマンガン価数の変化を確認した。2018年度は本研究の主目的である酸化マンガン-酸化セリウム複合クラスターに対する測定を実施して、酸素付加におけるマンガン、セリウムの選択性について調べた。クラスターと水分子の反応測定は、クラスター装置のイオントラップを改造することにより行う。2017年度にイオントラップ部品の設計・製作を行い、2018年度には組み立て、測定を開始した。初年度に酸化マンガンクラスターを対象として測定を行ったのに引き続き、2018年度は本研究の主目的である酸化マンガン-酸化セリウム複合化クラスターを生成し、測定を実施した。X線吸収分光に関しては2018年5月、12月および2019年3月の3回にわたって測定を行った。測定は高エネルギー加速器研究機構の軟X線実験ステーションBL-2Bを共同利用実験として利用し、クラスター装置を持ち込んで行った。マンガンL吸収端、セリウムM吸収端および酸素K吸収端領域におけるX線吸収スペクトルが得られ、クラスター中の酸素原子数の増加に伴う金属原子の価数変化がマンガンとセリウムで異なっていることを見出した。この結果は本研究で提案している複合化クラスターによる水分子分解機構を支持するものである。このように複合酸化物の酸化における微視的な元素依存性を明らかにすることが、本研究でサイズ選別クラスターのX線吸収分光測定を行う目的であり、本研究の結果からこの測定の有効性が明らかになったと言える。こうした結果を他の複合酸化物(銅-セリウム)クラスターなどと比較した議論も行って、学会で報告している。このように成果としてはX線吸収分光測定が先行しているが、クラスターと水分子との反応測定も進行しており、最終年度には両者の結果を併せて議論を行い、成果をまとめる予定である。当初の予定から大きな変更なく、引き続きX線吸収分光測定、水分子との反応測定を行っていく。X線吸収分光測定については、クラスターのサイズ領域を広げて測定を実施する。このためにクラスター生成法の改良も行っていく。クラスターと水分子の反応測定を引き続き進めていく。反応測定とX線吸収分光測定の結果を併せて議論することで、クラスター複合化の効果や複合クラスターにおける水分解反応の可能性について検討し、成果をまとめる。さらに最適なクラスターのサイズや組成についても探索していく。そのために酸化マンガン-酸化セリウム複合クラスターの生成、クラスターと水分身も反応測定、X線吸収分光によるクラスターの電子状態測定を行い、水分子分解反応に対する酸化セリウム複合化について理解、検討を進めていく。なお対象とするのは、過去の知見から有望と期待できるマンガン4原子程度、セリウム3原子程度を含むクラスターである。対象とするクラスターを作製するためにはスパッタ用ターゲットや放電条件などの最適化が必要であり、随時改良を加えながら研究を進めていく。初年度はマンガン4原子を含む酸化マンガンクラスターの作製に成功しており、酸化マンガン-酸化セリウム複合クラスターの作成に向けて改良を進めている。X線吸収分光はクラスター中に含まれる元素それぞれの電子状態を独立に調べることができる方法であり、本研究のように水分子の分解によって金属原子の価数変化や酸素原子の結合状態変化が期待される系については非常に有効である。測定は高エネルギー加速器研究機構の放射光施設Photon Factoryを共同利用実験課題として利用し、我々のクラスター装置を持ち込んで実施する。初年度は酸化マンガンクラスターに対してマンガンL吸収端および酸素K吸収端領域での測定を行い、クラスターが含む酸素数に応じたマンガン価数や酸素の状態の変化について知見が得られている。改造のための部品の設計・製作はすでに完了しており、これからクラスター装置に組み付けて測定を進めていく。