hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビタミンＢ６代謝酵素の変異植物体を用いたホウ素の新規生理機能の解明

ホウ素は植物にとって必須な栄養素であり、微生物や動物においても正常な成長に必須または有用であることが示されている。しかし、現在までに明らかにされているホウ素の生理機能は植物の細胞壁におけるペクチン質多糖の架橋のみである。本研究は植物細胞壁以外におけるホウ素の生理機能の解明を目指した。活性型ビタミンB6の合成酵素をコードするSOS4のシロイヌナズナ変異株は、通常のホウ酸濃度条件では生長抑制を示すが、高濃度のホウ酸条件において生長が回復する。この生長の回復は細胞の可溶性画分に含まれるホウ素の濃度に依存すると考えられることから、本研究ではシロイヌナズナSOS4変異株の高濃度ホウ酸条件における生長回復機構の解明を目的とした。SOS4変異株は葉緑体内のビタミンB6が不足する一方で、植物体全体では過剰なビタミンB6を蓄積する。前年度に引き続き、ホウ酸による生長回復がSOS4変異株に特異的であるか、ビタミンB6の不足を一般的に回復するかを区別するため、ビタミンB6の生合成経路に関わる他の遺伝子の変異株について生育試験を行った。通常の光条件または弱光条件において、SOS4変異株とは異なって植物体全体でビタミンB6量が減少した複数の合成酵素遺伝子の変異株がホウ酸濃度の上昇による生長の回復を示したことから、ホウ酸がビタミンB6の欠乏を一般的に回復させることが示された。また、ビタミンB6の新規合成に関わる遺伝子の翻訳量がホウ酸濃度の上昇に伴い増加する可能性が示唆されたことから、新たな仮説として、高濃度のホウ酸条件下ではビタミンB6合成酵素遺伝子の翻訳量が増加し、ビタミンB6の新規合成が促進され、その結果ビタミンB6欠乏症状が回復する可能性が考えられた。本研究は高濃度のホウ酸がビタミンB6欠乏を一般的に回復させることを明らかにし、ホウ酸がビタミンB6の生合成または利用に影響を与える可能性を示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は植物の細胞壁以外におけるホウ素の生理機能の解明を目指している。ビタミンB6代謝酵素をコードするSOS4のシロイヌナズナ変異株は、通常のホウ素濃度条件において生育が阻害され、高濃度のホウ素条件で生育が回復する。この回復は細胞の可溶性画分に存在するホウ素の量に依存すると考えられることから、本研究ではシロイヌナズナSOS4変異株の高ホウ素濃度における生育回復機構の解明を目的とした。平成28年度は、SOS4変異株の高ホウ素濃度による生育回復が光条件に依存して現れることを発見した。通常の光条件ではホウ素濃度条件に関わらず著しい生育阻害を示し、一方で弱光条件においては高濃度のホウ酸で生育が回復した。これは抗酸化物質として機能するビタミンB6が減少したため、通常の光条件において植物が強光ストレスを受けたことが原因と考えられる。これはホウ酸による生育回復が部分的なものであり、本研究を行う上で光条件を考慮する必要があることを明らかにした。また、高ホウ素濃度による生育回復が、SOS4変異特異的であるかビタミンB6の不足を一般的に回復させるかを区別するため、ビタミンB6の生合成に関わる他の遺伝子の変異株について生育試験を行った。SOS4と異なる遺伝子の変異株が、通常条件で生育の抑制を受け、高ホウ素濃度において回復した。これは、ホウ酸がビタミンB6欠乏一般を回復させることの確証となる結果である。加えて、生物材料の取得、作出を行った。ホウ酸によるビタミンB6欠乏の回復が真核生物に普遍的である可能性を検証する材料として、ビタミンB6合成に関わる遺伝子を欠損した酵母変異株を取得し、ホウ酸添加培地での予備実験を進めた。また、ビタミンB6がオーキシンの生合成に必要であることから、オーキシンの植物体内における分布を調べる材料としてオーキシンの可視化マーカーを発現する植物体の作製を進めた。研究開始当初、SOS4変異株の高濃度のホウ酸による生育回復が安定して観察されないという問題があった。その原因が光条件であったことを突き止めることに時間を要したため、研究に遅れが生じている。

通常の光条件または弱光条件において、SOS4変異株とは異なって植物体全体でビタミンB6量が減少した複数の合成酵素遺伝子の変異株がホウ酸濃度の上昇による生長の回復を示したことから、ホウ酸がビタミンB6の欠乏を一般的に回復させることが示された。また、ビタミンB6の新規合成に関わる遺伝子の翻訳量がホウ酸濃度の上昇に伴い増加する可能性が示唆されたことから、新たな仮説として、高濃度のホウ酸条件下ではビタミンB6合成酵素遺伝子の翻訳量が増加し、ビタミンB6の新規合成が促進され、その結果ビタミンB6欠乏症状が回復する可能性が考えられた。本研究は高濃度のホウ酸がビタミンB6欠乏を一般的に回復させることを明らかにし、ホウ酸がビタミンB6の生合成または利用に影響を与える可能性を示した。今後は(1)ビタミンB6の生合成量と、(2)ビタミンB6を必要とする下流の代謝経路のどちらに高濃度のホウ酸が影響しているかを区別するため、通常・高ホウ素条件で生育させたSOS4変異株の植物体内のビタミンB6量をHPLCにより測定する予定である。その結果に応じて、(1)の場合は、高ホウ酸の影響を受ける生合成酵素の特定を、(2)の場合は高ホウ酸の影響を受ける代謝経路の特定を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
拡大PAM（フェニルアセチレンマクロサイクル）を足場とするキラリティ創出

ロタキサンやカテナンの構成要素を共有結合で架橋することにより、多様な新規キラル構造を創出する。それらの明確な分子形状を基にして、キロプティカル特性を定量的に考察する。本研究は、二部分からなる。一つ目は、同一分子量で形状の異なる各種異性体を設計・合成し、それぞれのキロプティカル特性を定量的に比較調査する(形とキロプティカル特性)。二つ目は、キラルな単位構造を同一分子内で複数化し、複数化された集積体におけるキロプティカル特性が、元の単位構造のキロプティカル特性とどのような関係にあるのかを定量的に考察する(数とキロプティカル特性)。以上、二つの観点から、分子形状とキロプティカル特性に関する知見を得ることを目的としている。初年度では、一つ目について実施した。二つの環状分子が機械的に連結されたカテナン構造に着目した。この二つの環状分子を共有結合で二重に架橋する場合を考えた。具体的には、環状分子としてフェニルアセチレンマクロサイクル([6]PAM)を選択した。[6]PAMは、比較的剛直であり、特定の位置を修飾可能である。これらの構造的特徴に基づき、一連の同一分子量で形状が異なる8種のキラル化合物を設計し、7種合成した。うち、2種は、二つのPAMが積層したシクロファン構造であり、動的にキラルである。別の2種は、[12]PAM構造を有し、分子内での特定の折りたたみにより動的にキラルである。[12]PAMについては、合成例自体が稀少であり、キロプティカル特性に関する報告は、世界的にも最初の例である。二重架橋カテナンは、3種合成を達成し、うち2種について光学分割を達成した。これらは、架橋位置が異なる異性体であるが、旋光度や円二色性において倍近くも異なることを明らかにした。これらは、架橋位置が異なる異性体であるが、旋光度や円二色性において倍近くも異なることを明らかにし、Chemical Science誌に掲載が決定した。当初計画通り、二つ目の課題(II-i, II-ii)にそれぞれ着手する。両者の合成には、異なる出発物質を用いるが、戦略的には共通する部分も多いため、同時に検討し、互いにフィードバックできるよう進める。当初計画には含めなかったが、初年度に得られた知見を基にして、新たに二環縮環によるキラリティ創出をデザインし、[9],[11]PAMに基づくキラル分子の合成も検討する。それぞれの倍化体(四環縮環)の合成にも着手する。

具体的には、環状分子としてフェニルアセチレンマクロサイクル([6]PAM)を選択した。[6]PAMは、比較的剛直であり、特定の位置を修飾可能である。これらの構造的特徴に基づき、一連の同一分子量で形状が異なる8種のキラル化合物を設計し、7種合成した。うち、2種は、二つのPAMが積層したシクロファン構造であり、動的にキラルである。別の2種は、[12]PAM構造を有し、分子内での特定の折りたたみにより動的にキラルである。[12]PAMについては、合成例自体が稀少であり、キロプティカル特性に関する報告は、世界的にも最初の例である。二重架橋カテナンは、3種合成を達成し、うち2種について光学分割を達成した。これらは、架橋位置が異なる異性体であるが、旋光度や円二色性において倍近くも異なることを明らかにし、Chemical Science誌に掲載が決定した。当初計画通り、二つ目の課題(II-i, II-ii)にそれぞれ着手する。両者の合成には、異なる出発物質を用いるが、戦略的には共通する部分も多いため、同時に検討し、互いにフィードバックできるよう進める。当初計画には含めなかったが、初年度に得られた知見を基にして、新たに二環縮環によるキラリティ創出をデザインし、[9],[11]PAMに基づくキラル分子の合成も検討する。それぞれの倍化体(四環縮環)の合成にも着手する。
古生代・中生代における海洋環境変動と生物進化

スズキ目を主体とした14種の真骨魚類と2種の全骨魚類について、ミトコンドリアDNAにコードされるcytb遺伝子及びND2遺伝子の塩基配列を決定した。南米とアフリカの淡水性カワスズメ類の系統分岐時期と両大陸の分離年代(100Ma)が概ね一致するとの合理的な仮定のもとに、両遺伝子のアミノ酸配列(計728座位)に基づき上記魚類の分岐年代を推定した。その結果、真骨魚類の目間の分岐は三畳紀にまでさかのぼる、スズキ目の科間の分岐はジュラ紀から白亜紀初頭にまでさかのぼる、ことが示唆された。化石記録によれば、真骨魚類の目レベルの多様化は白亜紀に、スズキ目の科レベルの多様化は主としてK/T境界から始新世初頭までの短い期間に集中して起きたことが示唆されている。本研究で分子データから得られた分岐年代は、これら化石記録の出現時期をいずれも大幅に上回る。従来の古生物学では、多様化した化石の初出現時期がそれら系統間の分岐年代にほぼ等しいと解釈されてきたが、この解釈では本研究の結果を説明できない。そこで我々は、化石記録の出現時期は個体数(種の適応度)の急激な増加あるいは生息環境(化石の堆積場所)の変化が起きた時期と捉えるべきであり、それは必ずしも生物系統が適応放散した時期を表すものではない、という挑戦的な仮説をたてることにした。恐らく真骨魚類は激しい海洋環境変動が起きたP/T境界の前後で目レベルの多様化を既に遂げており、ジュラ紀/白亜紀境界付近でスズキ目の科レベルの多様化も起きていた。しかし、中生代を通じて真骨魚類は既存の魚類(全骨類等)のニッチを奪うことができず、K/T境界後に多量に化石記録が認められるようになるまでどこかでひっそりと生き延びていたのであろう。我々の化石記録の新解釈に一般性があるとすれば、専ら化石記録に基づいて構築されてきた顕生代の生物進化史は分子系統学によって大幅に改訂される可能性も考えられる。
マイクロ電極システムの構築と電気化学的プロチウム個溶過程解析への展開

プロチウム固溶機能を有する各種合金材料への電気化学的なプロチウム挿・脱入反応を、マイクロ電極を用いたその場(in-situ)測定によって精密に評価し、水素2次電池用新規材料の探索と高性能化を目指した。研究の特色はマイクロ電極を用いる新規な電気化学システムにあり、合金粒子1個を測定対象とすることを可能とした。これにより、高分子結着剤や導電助剤が混在しない、合金粒子自体の電気化学挙動を精密に評価することが出来る。本年度は単一粒子測定に代表されるマイクロ電極システムのさらなる発展が随所で実現した。例えば、単一粒子の交流インピーダンススペクトル(周波数分散)の測定に成功した。これにより、これまで行なってきた律速過程(プロチウムの合金内拡散)の解析に留まらず、電荷移動パラメータ(交換電流値や対象因子など)の議論も可能となった。また、単一粒子測定系にペルチェ素子による温度制御ユニットを追加し、電池運転時の発熱を考慮した高温(例えば50度)での特性評価を可能とした。一方で、交互型マイクロアレイ電極を用いた測定システムも新規に開発し、充放電反応の進行中に活物質膜全体の導電度を測ることが出来るようになった。プロチウム個溶合金に代表されるインサーション型活物質は充放電反応に体積変化を伴い、条件によっては微粉化する事が知られる。電池活物質の性能を最大限に利用するために、導電度のin-situモニターに基づくプロセスの最適化が有効であると思われる。
骨蛋白質により生体親和性を向上させたチタンの開発に関する基礎的研究

本研究ではインプラント周囲の新生骨における蛋白の分布とその経時的変化を調べるため、collagen type I,III(ICol,IIICol),osteopontin(Op),osteocalcin(Oc)について、埋入後7,14,28日目にイムノゴールド法を用いて局在を明らかにした。その結果、7日例では界面の無構造層や直下の細線維層にOc、Opの反応が観察され、IIIColの反応は細線維層に認められた。IColの反応は無構造層や細線維層には認められなかった。一方、28日例ではいずれの標本にも細線維層は観察されず、Oc、Op、IColの反応は7日例と類似していたが、IIIColの反応は、チタン周囲には観察されなかった。以上のことは、8th Annual Scientific Congress of European Academy of osseointegration(99年4月、於コペンハーゲン)にて報告した。さらに、同様な実験をハイドロキシアパタイト周囲においても行い、7日例ではチタン同様に細線維層が界面近傍に出現し、OpやOcの強い局在をみた。これらのことはAcademy of Osseointegration,15th AnnualMeeting(00年3月、於ニューオリンズ)にて発表した。さらに研究を進め、これらの蛋白質をチタシディスクにコーティングし、培養骨芽細胞の接着能、硬組織形成能を検討した。現在ある程度のデータが取れつつある段階だが、実験結果が安定しないので今後データの蓄積をはかり、しかるべきデータが得られた段階で公表したいと考えている。チタン棒を骨内に埋入すると、7日前後にチタン周囲に一過性に骨様組織が増殖し、チタンに接する新生骨が観察されるが、この新生骨における蛋白の分布とその経時的変化は分かっていない。そこで、新生骨の蛋白分布を調べるため、collagen type I,III(ICol,IIICol),osteopontin(Op),osteocalcin(Oc)について、埋入後7,28日目にイムノゴールド法を用いて局在を明らかにした。その結果、7日例において界面の無構造層やその直下の細線維層にOc、Opの反応が観察された。IIIColの反応は無構造層には認められなかったが、細線維層に多数の反応が認められた。IColの反応は骨内に散在していたが、無構造層や細線維層には認められなかった。一方、28日例ではいずれの標本にも細線維層は観察されなかった。Oc、Op、IColの反応は7日例と類似していたが、IIIColの反応は、チタン周囲には観察されなかった。以上のことより、7日例において界面に近い部分(細線維層)にIIIColが多く存在し、IColは少なかったこと、界面から離れた骨内ではその逆の局在が見られたことより、この時期のチタン周囲の骨はチタンに近い部位ほど石灰化の程度が低いことが示唆された。また、骨-チタン界面の無構造層にはOc、Opが局在した。このことは両蛋白が細胞接着能とカルシウム結合能を有するため、界面における細胞接着や石灰化に何らかの役割を果たしていることが示唆された。以上のことは第28回日本口腔インプラント学会学術大会(98年9月、於大阪)にて報告し、さらに14日例のデータを追加し、8th Annual Scientific Congress of European Academy of osseointegration(99年4月、於コペンハーゲン)にて報告の後論文作成予定である。ラット脛骨にチタン棒を埋入すると、7日前後までにチタン周囲に骨様組織が増殖し、osseointegrationが観察される。そこで本研究ではこの新生骨における蛋白の分布とその経時的変化を調べるため、collagen type I, III(ICol,IIICol),osteopontin(Op),osteocalcin(Oc)について、埋入後7,14,28日目にイムノゴールド法を用いて局在を明らかにした。

一方、28日例ではいずれの標本にも細線維層は観察されず、Oc、Op、IColの反応は7日例と類似していたが、IIIColの反応は、チタン周囲には観察されなかった。以上のことは、8th Annual Scientific Congress of European Academy of osseointegration(99年4月、於コペンハーゲン)にて報告した。さらに、同様な実験をハイドロキシアパタイト周囲においても行い、7日例ではチタン同様に細線維層が界面近傍に出現し、OpやOcの強い局在をみた。これらのことはAcademy of Osseointegration,15th AnnualMeeting(00年3月、於ニューオリンズ)にて発表予定である。本研究ではインプラント周囲の新生骨における蛋白の分布とその経時的変化を調べるため、collagen type I,III(ICol,IIICol),osteopontin(Op),osteocalcin(Oc)について、埋入後7,14,28日目にイムノゴールド法を用いて局在を明らかにした。その結果、7日例では界面の無構造層や直下の細線維層にOc、Opの反応が観察され、IIIColの反応は細線維層に認められた。IColの反応は無構造層や細線維層には認められなかった。これらのことはAcademy of Osseointegration,15th AnnualMeeting(00年3月、於ニューオリンズ)にて発表した。さらに研究を進め、これらの蛋白質をチタンディスクにコーティングし、培養骨芽細胞の接着能、硬組織形成能を検討した。現在ある程度のデータが取れつつある段階だが、実験結果が安定しないので今後データの蓄積をはかり、しかるべきデータが得られた段階で公表したいと考えている。
電気的マイクロデバイスによる動的空力制御の研究とフライト実証

各要素研究とフライト実証に向けた準備という設定された2つの目的に対して以下に成果をまとめる.電源の小型化・軽量化(要素研究1)は,欧州の電源との比較から増田研究所の電源を利用することを決定した.本研究のみならず関連研究者が今後利用できるよう,電源の基盤化を依頼,価格の低価格化も図った.また,神戸高専を中心に新概念による小型化の可能性検討を開始した.次年度にかけて,既存の大型電源と比較のため,電源特性の再確認,静止流中での誘起流れの確認,2次元的な翼での制御効果の確認を実施している(次年度に成果発表を予定).塗布電極の利用検討(要素研究2)については,材料の確認と調達を行い,銅テープなどに劣らない誘起流れを確認した.高い自由度を持つ電極形状の作成を今後検討する.3次元翼を対象とした風洞試験(要素研究3)は予定通り模型の選定と制作を実施した.翼型は代表的な非対称翼とした.また,数値シミュレーションの実施から,流れ場の変化を詳細に確認し,翼端の効果を確認した(国内発表1,国際会議発表1(ベストペーパー賞を受賞),さらなる成果を次年度の米国航空宇宙学会にて発表を予定).フライト実証に向けた準備としては,2度の会合での議論に基づいて帝京大が機体の概念を決定,その制作に着手した.同時に,機体を選定し,宇都宮の飛行試験場にて既存の模型飛行機による予備的なフライト試験を実施した.得られたデータの解析結果からプラズマアクチュエータの設置の効果を確認した(次年度に成果発表を予定).天候上の課題が生じたことを受けて,今後のフライト試験実施のための簡単な設備を準備することとした.これらと並行して,本デバイスが誘起する流れに関する解析研究と利用拡大のためのいくつかの研究を進めている(国内発表複数,次年度に複数の成果発表を予定).以上のように研究は予定通り進んだ.研究実績に記載の通り,計画のほとんどが予定通りに進み,いくつかの学会発表も実施できた.すでに複数の研究内容に関して次年度の海外での発表が予定されている.実験模型の制作,小型電源の特性計測,次年度の本格的なフライト試験用の模型設計などが進んだ.フライト試験については,予備的なフライト試験の実施など当初計画を越えて研究活動が実施できている.制作会社(海外)の作業遅れから電極塗布に関する海外調達品を入手するのが遅れ,年度末近くになってやっと手に入った.ただ,他の研究項目を優先して実施したため,全体として特に問題なく研究は進捗している.また,秋から冬にかけて計測用のレーザ装置に故障が発生し,小型電源の性能確認に遅れが出たが,年度内の目標は予定通りに達成している.予定通り,2019年度に本格的なフライト試験を複数回実施する.本研究課題内で設計する機体に関しては,機体のフライト状況や機体上の流れ場の詳細計測に向けて,機体上へのCCDカメラの設置,流れ場計測用のタフトの設置などは検討済みである.機体が完成次第,この機体を利用したフライト試験に入る(帝京大,理科大).開発機体のフライト試験に向けた準備期間は,市販のモデル航空機機体を利用したフライト試験を継続する.機体上の流れ場計測を除いた機体の運動データの取得は可能なので,プラズマアクチュエータの効果の実証をさらに進めるとともに,効果実証のための最適なデータの処理方法をさらに検討する(理科大).3つの要素研究はそれぞれ予定通りに実施する.H30年度制作の3次元翼模型を利用した計測を実施し,翼端の影響などを評価する(理科大,東北大).本研究課題ではじめて本格的に利用する小型電源は,航空機のみならず自動車や列車などの地上交通手段をはじめプラズマアクチュエータの利用を大きく広げる可能性がある.多くの研究者が利用を希望しているので,性能や特性に関する計測結果を早めに公表する.神戸高専を中心にさらなる新たな電源の開発可能性を継続する(神戸高専).塗布電極に関しては,主に小型風洞を利用した試験によりその特性把握を進め,新たな電極形状やその活用法などを検討する(理科大).各要素研究とフライト実証に向けた準備という設定された2つの目的に対して以下に成果をまとめる.電源の小型化・軽量化(要素研究1)は,欧州の電源との比較から増田研究所の電源を利用することを決定した.本研究のみならず関連研究者が今後利用できるよう,電源の基盤化を依頼,価格の低価格化も図った.また,神戸高専を中心に新概念による小型化の可能性検討を開始した.次年度にかけて,既存の大型電源と比較のため,電源特性の再確認,静止流中での誘起流れの確認,2次元的な翼での制御効果の確認を実施している(次年度に成果発表を予定).塗布電極の利用検討(要素研究2)については,材料の確認と調達を行い,銅テープなどに劣らない誘起流れを確認した.高い自由度を持つ電極形状の作成を今後検討する.3次元翼を対象とした風洞試験(要素研究3)は予定通り模型の選定と制作を実施した.翼型は代表的な非対称翼とした.また,数値シミュレーションの実施から,流れ場の変化を詳細に確認し,翼端の効果を確認した(国内発表

1,国際会議発表1(ベストペーパー賞を受賞),さらなる成果を次年度の米国航空宇宙学会にて発表を予定).フライト実証に向けた準備としては,2度の会合での議論に基づいて帝京大が機体の概念を決定,その制作に着手した.同時に,機体を選定し,宇都宮の飛行試験場にて既存の模型飛行機による予備的なフライト試験を実施した.得られたデータの解析結果からプラズマアクチュエータの設置の効果を確認した(次年度に成果発表を予定).天候上の課題が生じたことを受けて,今後のフライト試験実施のための簡単な設備を準備することとした.これらと並行して,本デバイスが誘起する流れに関する解析研究と利用拡大のためのいくつかの研究を進めている(国内発表複数,次年度に複数の成果発表を予定).以上のように研究は予定通り進んだ.研究実績に記載の通り,計画のほとんどが予定通りに進み,いくつかの学会発表も実施できた.すでに複数の研究内容に関して次年度の海外での発表が予定されている.実験模型の制作,小型電源の特性計測,次年度の本格的なフライト試験用の模型設計などが進んだ.フライト試験については,予備的なフライト試験の実施など当初計画を越えて研究活動が実施できている.制作会社(海外)の作業遅れから電極塗布に関する海外調達品を入手するのが遅れ,年度末近くになってやっと手に入った.ただ,他の研究項目を優先して実施したため,全体として特に問題なく研究は進捗している.また,秋から冬にかけて計測用のレーザ装置に故障が発生し,小型電源の性能確認に遅れが出たが,年度内の目標は予定通りに達成している.予定通り,2019年度に本格的なフライト試験を複数回実施する.本研究課題内で設計する機体に関しては,機体のフライト状況や機体上の流れ場の詳細計測に向けて,機体上へのCCDカメラの設置,流れ場計測用のタフトの設置などは検討済みである.機体が完成次第,この機体を利用したフライト試験に入る(帝京大,理科大).開発機体のフライト試験に向けた準備期間は,市販のモデル航空機機体を利用したフライト試験を継続する.機体上の流れ場計測を除いた機体の運動データの取得は可能なので,プラズマアクチュエータの効果の実証をさらに進めるとともに,効果実証のための最適なデータの処理方法をさらに検討する(理科大).3つの要素研究はそれぞれ予定通りに実施する.H30年度制作の3次元翼模型を利用した計測を実施し,翼端の影響などを評価する(理科大,東北大).本研究課題ではじめて本格的に利用する小型電源は,航空機のみならず自動車や列車などの地上交通手段をはじめプラズマアクチュエータの利用を大きく広げる可能性がある.多くの研究者が利用を希望しているので,性能や特性に関する計測結果を早めに公表する.神戸高専を中心にさらなる新たな電源の開発可能性を継続する(神戸高専).塗布電極に関しては,主に小型風洞を利用した試験によりその特性把握を進め,新たな電極形状やその活用法などを検討する(理科大).科学研究費補助金(特別研究員奨励費)により,同大学の研究者(欧州での当該分野の代表的研究者の一人)が秋まで研究室に滞在した.塗布電極や実験計測に種々の有用なアドバイスをもらえた.共同で数値シミュレーションも実施・継続しており,次年度以降の成果発表を目指している.
居住環境の変化と高齢者の健康に関する調査研究

東京都A区内の高層集合住宅(8、14、23階建10棟)に居住する65歳以上の高齢者90名、および東京都B区内の独立一般住宅に居住する65歳以上の高齢者140名を対象として、調査が実施された。高層住宅居住者からは53名(59%)、独立一般住宅群からは75名(54%)の有効解答を得た。居住年数は高層住宅群では全員が10年以下であったのに対して、独立一般住宅群は30年以上がほぼ半数を占めていた。しかし、男女比、平均年齢、仕事の有無に関しては両群で違いは見られなかった。居住環境別にみた機能的健康度、生活満足度、自覚的身体症状では、身体的自立度および知的能動性に関しては両地域に差は見られなかったが、手段的自立および社会的役割では独立一般住宅群の方が有意に高かった。また、生活満足度も独立一般住宅群の方が有意に高くなっていた。一方、自覚的身体症状については、高層集合住宅群に多くみられ、統計的にも有意であった。社会的ネットワークおよび社会的支援に関しては、高層集合住宅群は、独立一般住宅群と比べて、狭く、限定される傾向がみられた。本調査の結果、高層住宅に居住する高齢者は、地域の独立一般住宅に居住する高齢者に比べて、機能的健康度、生活満足度、心身の健康度が低いこと、社会関係の狭いことなどが示唆された。本研究は限られたサンプルに対する調査であるが、居住環境の差異が健康に及ぼす影響について知見が得られた。今度、より多くのサンプルを用いて、居住環境と健康の関連に関して、どのような要因が重要であるのかを詳細に検討することが必要である。
単一微小水滴／油系のマイクロ化学分析によるキレート抽出機構の解明

5-オクチルオキシメチル-8-キノリノール(HC8Q)を含む1,6-ジクロロヘキサン中で,カドミウムめっきした微小凹型電極上の窪み(直径20 μm,深さ10 μm)にマイクロキャピラリーマニピュレーション-インジェクション法で微小水滴を注入した後,電気化学的にCd(II)イオンを発生させ,水滴/油界面近傍に生成したCd(C8Q)2の蛍光強度の時間依存性を共焦点蛍光顕微鏡で観測できる手法を開発した。この時間依存性の解析から,水滴/油界面に吸着したCd(C8Q)+の界面での脱着が抽出速度の律速段階になることを明らかにした。水溶液中に含まれる有用な金属や有害金属の分離・精製等においてキレート抽出は極めて有効な手法であるが,この抽出過程において,水相中におけるキレート生成や物質移動,油/水界面におけるキレート生成や吸脱着・物質移動,溶媒和・脱溶媒和等の過程が含まれ複雑である。このような抽出機構を明らかにするため速度論的解析が必要不可欠であるが,バルク相におけるプロセスと界面プロセスを分離して解析することが難しい。本研究では,単一微小水滴/油系の特異性を利用して,キレート抽出機構,有機溶媒効果等の速度論的解明を目指している。平成26年度は,キレート抽出を速度論的に解析できる手法開発を検討した。直径20マイクロメートルの微小金ディスク電極の金を10マイクロメートルの深さだけエッチングし,微小凹型電極を作製した。この金上にカドミウムを還元析出させた。キノリノール誘導体を溶解した1,6-ジクロロヘキサン溶液にこの電極を挿入し,電極の凹みに微小水滴を注入した。カドミウムイオンを電気化学的に発生させ,水滴/油界面近傍で生成した蛍光性キレートの蛍光強度依存性を共焦点蛍光顕微鏡で測定できるようにした。疎水性の5-オクチルオキシメチル-8-キノリノールを用いた場合,カドミウムの電気分解とともに蛍光強度が速やかに増加し,電気分解を停止すると蛍光強度は減少した。この蛍光強度の減少速度を解析すると,水滴内の物質移動や油相中での拡散速度よりも遅く,生成したキレートの水/油界面における移動過程が律速段階になっていることを示唆する結果が得られた。微小水滴を用いることでバルク水相-水/油界面間の拡散は短時間で起こり,微小界面系を形成したことで水/油界面-バルク油相間の球拡散も速やかに起こり,水/油界面での物質移動過程の観測に成功した。水溶液中の金属イオンをキレート生成により油相に抽出する過程は,水/油界面におけるキレート生成,キレートやキレート剤のバルク相中及び界面における物質移動等に関係し複雑である。この抽出機構を明らかにする上で,速度論的解析は必要不可欠であるが,バルク相におけるプロセスと界面プロセスを分離して測定・解析することは難しい。本研究では,単一微小液滴/溶液系の特異性を利用して,キレート抽出機構,有機溶媒効果等の速度論的解明を目指している。平成27年度は,前年度に開発した手法を用いて,キレート抽出過程を速度論的に検討した。微小金ディスク(直径20マイクロメートル)電極の金を10マイクロメートルの深さだけエッチングし(微小凹型電極),この電極上にカドミウムを還元析出させた。疎水性の5-オクチルオキシメチル-8-キノリノールを溶解した1,6-ジクロロヘキサン溶液にこの電極を挿入し,電極の凹みに微小水滴を注入した。電気化学的にカドミウム(II)イオンを水滴中に発生させ,水滴/油界面近傍で生成した蛍光性キレートの蛍光強度の立ち上がりと減衰を共焦点蛍光顕微分光で計測した。総電気量から生成したカドミウム(II)イオン量を算出し,キレート剤がカドミウムイオン量よりも大過剰になる条件で,この蛍光強度時間変化のpHおよびキレート剤濃度の依存性を検討した。本手法から得られた結果とペンダントドロップ法による界面張力測定の結果より,キレートの生成過程ではなく,生成したキレートの水/油界面における移動過程が律速段階になっていることを明らかにした。平成27年度は,前年度に開発した手法を用いて,カドミウム(II)イオンのキレート抽出速度を測定し,この機構解析を行った。蛍光強度が弱いので,顕微全反射蛍光測定ではなく,共焦点蛍光顕微鏡で界面近傍の測定を行ったが,速度論的に界面現象とバルク相中の物質移動を分離して解析できた。カドミウムの還元析出量,電解時間とカドミウム(II)イオンの生成量とキレート生成量,pHやキレート剤濃度などの実験条件検討の探索に時間はかかったが,速度論的解析に意味のあるデータ取得に成功した。この結果は秋の関連する国際会議で発表を行うことができ,研究はおおむね順調に進展していると考えている。水溶液中の金属イオンをキレート試薬により油相に抽出する過程は,水/油界面やバルク水相・油相中での様々な物質移動過程や反応が関係し複雑である。本研究では,単一微小水滴/油系の特異性を利用した新規分析手法を開発し,キレート抽出機構の速度論的解明を行った。疎水性の5-オクチルオキシメチル-8-キノリノール(HQ)を含む

1,6-ジクロロヘキサン相中で,カドミウムメッキした微小凹型電極上の窪み(直径20 μm,深さ10 μm)にマイクロキャピラリーマニピュレーション法で微小水滴を注入した。電気化学的にCd(II)イオンを水滴中に発生させ,水/油界面近傍のCdQ2の蛍光強度の時間依存性を共焦点蛍光顕微鏡で測定した。0.2秒(本測定の時間分解能程度)での蛍光増加と10秒程度での減少(速度定数kd)が観測された。kdは,水相のpHおよび油相中のキレート試薬濃度,油相中の支持電解質濃度(水-油相間の液間電位は一定)には依存せず,液間電位にのみ依存した。電極表面と水/油界面の距離は10 μmで,この拡散時間は0.07秒程度であり,水/油界面近傍に生成したCdQ2が観測領域からバルク油相に拡散する時間は0.2秒程度であり,これらの過程はkdの律速段階ではないことがわかった。kdの液間電位依存性は極小点が観測されたことから,水/油界面に吸着したモノカチオンであるCdQ+錯体の界面での脱着が抽出速度の律速段階になっていることを明らかにした。本手法で0.2秒以上の時間領域で起こる水/油界面における電解誘起化学・物理プロセスを解析できるようになり,キレート抽出を素過程に分離して速度論的に機構解析が可能となった。5-オクチルオキシメチル-8-キノリノール(HC8Q)を含む1,6-ジクロロヘキサン中で,カドミウムめっきした微小凹型電極上の窪み(直径20 μm,深さ10 μm)にマイクロキャピラリーマニピュレーション-インジェクション法で微小水滴を注入した後,電気化学的にCd(II)イオンを発生させ,水滴/油界面近傍に生成したCd(C8Q)2の蛍光強度の時間依存性を共焦点蛍光顕微鏡で観測できる手法を開発した。この時間依存性の解析から,水滴/油界面に吸着したCd(C8Q)+の界面での脱着が抽出速度の律速段階になることを明らかにした。平成26年度は,キレート抽出速度を測定可能な新規手法開発を目指した。微小凹型電極の作製は予定通り進行したが,電極上に測定対象となる金属を還元析出させる方法,この金属を酸化させる条件設定,これらに関係する最も適した対象金属(カドミウム)の探索に時間がかかった。しかし,最適の条件を見出してからは,予想通り微小水滴を用いることで水相-水/油界面間の拡散は短時間で起こり,微小界面系を形成することで水/油界面-バルク油相間の球拡散も速やかに起こったため,水/油界面での物質移動過程の観測に成功した。この結果は春の関連する学会で発表を行うこととなった。これらの理由で,研究はおおむね順調に進展していると考えている。平成28年度は,引き続き金属イオンとしてはカドミウム(II)イオンを,キレート剤としてはキノリノール誘導体を中心に行い,この抽出機構解明を行う。キレート剤としていくつかのキノリノール誘導体を用い,また,油相として1,6-ジクロロヘキサン以外の有機溶媒を用い,抽出機構と溶媒物性や界面物性との関係についても検討する。これら研究結果をもとに,液液系におけるキレート抽出過程を解明するとともに,本手法の有用性などについて明らかにする。分析化学水/油界面での物質移動過程を観測可能な手法開発が行えたので,当初の研究実施計画通り,研究を進める。金属イオンとしてはカドミウム(II)イオンを,キレート剤としてはキノリノール誘導体を中心に行う。平成26年度は油相にほとんど溶解すると予想されるキレート剤を用いたが,今後,キレート剤依存性を詳細に検討する。具体的には,油相として1,6-ジクロロヘキサンを用いて,上記のキレート剤以外に,水相と油相の両相に分配するもの,水/
頚筋膜の発生についての研究

マウス胎仔の深頚筋膜を、抗コラーゲン抗体による免疫染色で同定後、胎令13、15、18日でHoxa2、a3、a4、b5およびOtx2、FGF8のin situ hybridizationを行い、その発生過程について検討した。以下15に、今回の主たる研究結果を記す。1、胎令13日で、半棘筋発生領域から内頚静脈にかけて、幼若細胞群の弧状配列を認め、内部にHoxa2の発現を認めた。胎令15日に同領域内に分化した筋が構築され、その周囲に筋膜を認めた。幼若細胞から成る間質内で筋が成熟することにより筋膜が構築されたと考えられる。2、胎令13日で、咽頭の背側から頚長筋周囲にかけてhoxa2の発現を認めたが、胎令15日には咽頭後面に接した領域のみで発現していた。胎令15日に、頭長筋の内側にhoxa2の発現を認めたが、胎令18日には消失し、成熟した筋が同領域に出現していた。咽頭の後方領域における、このような段階的発生が、danger spaceの形成に関与している可能性があると考えられた。3、胎令13日以降、喉頭粘膜下および軟骨表面にHoxa2の発現を認めた。胎令15日に、咽頭の背側において喉頭軟骨表面に連なるHoxa2の発現を認め、喉頭と咽頭がHoxa2発現領域で囲まれた。喉頭の周囲間質に遅れて咽頭の背側の間質が分化し、両者が一塊となって臓側間隙が形成されると考えられた。4、頚動脈鞘の構築には、頚長筋前面と外側および舌骨下筋周囲と喉頭表面からの線維が参画しており、頚動脈鞘は、深頚筋膜の3葉から成ることが示された。また、頚動脈鞘には胎令13日で、微弱ながらHoxa2の発現が認められた。5、Hoxa2以外のプライマーでは、それぞれ固有の構造物での発現は認めたが、深頚筋膜の発生に関連する発現は、Hoxコードの下流での発現以外は確認されなかった。頚部の構造物は、その前後軸上の位置的特異化が、ホメオボックス遺伝子のHoxコードによって支配されており、各鰓弓から発生する間葉組織は、舌骨弓から第6鰓弓にかけてそれぞれHoxa2、Hoxa3、Hoxa4、Hoxb5によってその分化が特異化されている。今回、まずin situ hybridizationの手法を用いて、上記のHoxコードに支配される構造物の同定を行い、これらの鰓弓から発生する筋膜構造を追跡した。10週令マウスの胎子よりcDNAを採取し、これを元にHoxa2、Hoxa3、Hoxa4、Hoxb5および顎骨弓の発生へ影響するとされるFGF8のプライマーを作成した。この際、ベクターとしてpGEM、コンピテントセルとしてJM109を用いた。また、マウスはICRマウスを用いた。primer lengthは500750bpとし、結果、良好なプライマーを得ることができた。検体として、マウスの10、12、14、18週令胎子を、当機関実験動物取り扱い規約に準じて取り出し、凍結およびパラフィン切片作成用ブロックを作成した。凍結およびパラフィン切片を作成し、Hoxa2、Hoxa3、Hoxa4、Hoxb5、FGF8の各プライマーにて染色、観察中である。これらの標本に加え、次年度以降、コラーゲンの免疫染色およびワンギーソン染色・マッソン染色を行って、比較対比しながら頚筋膜の分化を評価していく。また、上記遺伝子群のさらに上流に発現するとされるOtx2についてもプライマーを作成し染色を行い、評価対象に加える予定である。

4、頚動脈鞘の構築には、頚長筋前面と外側および舌骨下筋周囲と喉頭表面からの線維が参画しており、頚動脈鞘は、深頚筋膜の3葉から成ることが示された。また、頚動脈鞘には胎令13日で、微弱ながらHoxa2の発現が認められた。5、Hoxa2以外のプライマーでは、それぞれ固有の構造物での発現は認めたが、深頚筋膜の発生に関連する発現は、Hoxコードの下流での発現以外は確認されなかった。
不飽和脂肪酸乳酸菌代謝産物の免疫抑制作用に関する研究

近年、多価不飽和脂肪酸の一部は腸内に生息する乳酸菌によって飽和化され、その過程で合成される中間体には生体調節機能があることが明らかになってきた。申請者はこれら中間体の免疫調節機能を解析した結果、γ-オキソ脂肪酸と呼ばれるグループに免疫抑制作用があることを見出した。本研究ではγ-オキソ脂肪酸の応答細胞を同定し、そこから作用機序を解明する。また、アレルギーや自己免疫疾患のモデル動物を用いてγ-オキソ脂肪酸の摂取が症状を改善できるかについて検証することで免疫疾患に対する予防効果を示していく。さらには、ヒトの免疫細胞に対してもγ-オキソ脂肪酸が免疫抑制作用を示すかについて検証する。
海洋細菌に独特なナトリウムポンプ遺伝子を用いた中度好塩細菌の類縁性解析

平成6年度の研究により、海洋細菌V.alginolyticusのナトリウムポンプ遺伝子(=NQR)のクローニングに成功し、その全塩基配列が明らかになった。その結果nqrオペロンは6つの連続した遺伝子、nqr 1-6からなり、そのうちのnqr 1,3および6に対応する蛋白質は、すでに精製したNQR複合体に含まれるα,γ,βサブユニットとして解明されている。さらにこれ以外にnqr 2,4,5に対応するきわめて疎水性の高い中性ないし塩基性の蛋白質がまだ3種類も存在することが分かった。平成7年度には、この塩基配列に基づき各サブユニットに対応するDNAプローブをPCR法を用いて作成し、中度好塩細菌に存在するナトリウムポンプ遺伝子の探索をおこなった。すでに生化学的な実験によりナトリウムポンプの存在が確認されている中度好塩細菌5種を選び、各々の染色体DNAを分離後、サザンハイブリダイゼーション法により遺伝子の相同性を調べた。Vibrio costicolaは、nqr1,3,5,6のN末又はC末領域に対応する4種のプローブすべてと反応したことから、V.alginolyticusとほぼ同じ遺伝子を含むオペロンを構成していることが分かった。Halovibrioはnqr 5,6に対応するプローブと反応したことから、V.costicolaの次によく似た配列をもっていると思われる。ところが上記2種の菌に比べると、Pseudomonas beijerinckii,P.halosaccharolytica,Deleya halophilaはいずれのプローブとも殆ど反応しなかった。すなわち、これら3種の菌については、少なくとも今回用いたプローブの範囲ではDNAの相同性は非常に低いと思われる。従って現時点では、DNAの相同性の面から少なくとも2種類のナトリウムポンプが存在する可能性が考えられる。平成6年度の研究により、海洋細菌Vibrio alginolyticusのナトリウム輸送型NADH-quinonereductase、いわゆるナトリウムポンプを構成する各サブユニットの遺伝子をクローニングすることに成功した。その結果、これまで生化学的手法によって精製したナトリウムポンプは、3っつのサブユニットから成ると考えていたが、同一オペロン上に、さらに3っつの非常に疎水性の強いオープンリーデイングフレームを含むことが明らかになり、V.alginolyticusのナトリウムポンプは全部で6っつのサブユニットから構成されている可能性が強くなった。現在、これら6っつの全塩基配列が明らかになったので、PCR法を用い、ジゴキシゲニンでラベルすることにより各サブユニット毎に特異性の高いプローブを自由に作ることが可能になった。一方、すでに生化学的な手法によってナトリウムポンプの存在を確認した数種の中度好塩細菌から、各々細胞質膜を分離後、界面活性剤で膜蛋白質を可溶化し、SDS電気泳動後、V.alginolyticusのナトリウムポンプに対する抗体を用いてウエスタンブロット法を行なった所、V.alginolyticusのものとよく似た反応性を示すVibrio属と、あまり類似性の見られないものに分れた。そこで、Vibrio属とPseudomonasu属の2種類の中度好塩細菌を選び、各々DNAを分離してV.alginolyticusとの遺伝子を比較することにより、ナトリウムポンプとして欠かせない蛋白構造を割り出して行こうと、現在検討中である。平成6年度の研究により、海洋細菌のナトリウムポンプ遺伝子の全塩基配列が明らかになったため平成7年度には、この塩基配列に基づき各サブユニットに対応するDNAプローブを自由に作れるようになった。そこですでに生化学的な実験によりナトリウムポンプの存在が確認されている中度好塩細菌5種を選び、各々の染色体DNAを分離後、適当な制限酵素で反応しサザンハイブリダイゼイション法により遺伝子の相同性を調べた。

プローブは、V. alginolyticusのDNAを鋳型とし、4種のd-NTPと共にdigoxigenin-dUTPを加えてPCRを行うことにより、約500bのジゴキシゲニンでラベルしたDNA断片をサブユニット毎に作成した。その結果Vibrio costicolaは、nqr1,3,5,6のN末又はC末領域に対応する4種のプローブすべてと反応したことから、V. alginolyticusとほぼ同じ遺伝子を含むオペロンを構成していることが分かった。Halovibrioはnqr5,6,に対応するプローブと反応したことから、V. costicolaの次によく似た配列をもっていると思われる。ところが上記2種の菌に比べると、Pseudomonas beijerinckii, P. halosaccharolytica, Deleya halophilaはいずれのプローブとも殆ど反応しなかった。すなわち、これら3種の菌については、少なくも今回用いたプローブの範囲ではDNAの相同性は非常に低いとおもわれる。一方、DNAデータベースを用いてナトリウムポンプ遺伝子の相同性を検索中に、非好塩細菌であるHaemophilus influenzaeに海洋細菌のものと非常に相同性の高い、未同定の遺伝子を発見し、細胞膜分画を用いて生化学的にもナトリウムポンプの存在を確認した。以上の結果から現時点では、DNAの相同性の面から少なくも2種類のナトリウムポンプの存在が考えられ、1つはVibrio属およびH. influenzae型であり、他の1つはPseudomonasおよびDeleya型と思われる。
ヴィクセル往復書簡の解読

本研究代表者は、先ずヴィクセル往復書簡(ルンド・ウプサラ両大学所蔵分)のマイクロ・フィルム15巻(1巻は約3.6×3000cm)、約10000枚の焼き付けを行い、それらをその他の機関所蔵分であってゼロックス・コピ-として予め入手済みのものに加えた。それらは総計約4000通に達することがわかった。次いで各書簡をビニ-ルに詰めた上、それらをヴィクセル発信書簡とヴィクセル受信書簡とに区分しかつ年月日順に整理した。その整理分に従って、発信年月日・発信場所・発信相手名・所蔵機関名・書簡形状等の項目の下に、「ヴィクセル発信書簡目録」を公表した。(本「目録」から明らかなように、先人により既に読み起こされている書簡が相当枚数あるが、これらについては6割方入力した)。ヴィクセル発信書簡は約1000通に達する。「目録」の、最初の66通、イスタ-ド刑務所発信の11通、晩年の3通、計80通の解読を行った。それと並行して、ヴィクセル伝記資料(教区記録薄・父親の遺産目録等)の解読も行なった(「ヴィクセル年譜」所収)。本研究代表者による読み起こし分の校正は大阪在住のスウェ-デン人に依頼した。しかし読み起こし・校正両作業共、当初の予想をはるかに超える難業であったため、補助金額中の「謝金」でカバ-しえたのは上記解読分中のわすか約20通であった。本研究は、今後、第1に「ヴィクセル受信書簡目録」を作成するかたわら、第2に途に付いたばかりのヴィクセル発信書簡の解読を続行するであろう。しかし上記のような難業のため、多額の「謝金」補助を今後受けざるをえなくなるであろう。さらに、第3にヴィクセル受信書簡の解読に進まねばならないし、第4にこれら発信・受信両書簡を年月日順に再整理し直し、そして第5にそれらを原文のまま公刊しなければならない。そのようにして初めて「ヴィクセル往復書簡の解読」という当初の課題に答えうる。
パイロクロア型磁性体に関する理論的研究

パイロクロア型酸化物、特に、スピンアイスと呼ばれる系について以下の研究を行った。1、双極子スピンアイス模型の[110]磁場中での振舞いスピンアイス物質Dy_2Ti_2O_7に関して実験で報告されている[110]磁場中での熱力学的異常の解明を目指し、双極子スピンアイス模型の研究を行った。まず、双極子スピンアイス模型の基底状態をEwald法を用い解析した。その結果、[110]磁場中においては長距離力である双極子相互作用によってQ=X構造と呼ばれるスピン配位が基底状態となることを証明することに成功した。この基底状態は中性子散乱実験で示唆されていたものと同じものであった。更に、モンテカルロシミュレーションを行い、このQ=X構造相への相転移が起こることを示し、温度磁場相図を完成させた。なお、この結果はJournal of the Physical Society of Japanに掲載され、注目論文(Letters of Editors' Choice)に選ばれた。2、最近接スピンアイス模型の動的帯磁率x(ω)スピンアイス物質Dy_2Ti_2O_7、Ho_2Ti_2O_7では、動的帯磁率はDavidson-Cole型の緩和時間分布を示すことが実験で解明されている。このDavidson-Cole型の緩和の起源を解明するために、スピンアイスのもっとも単純なモデルである最近接スピンアイス模型の動的振る舞いを解析した。用いた手法はクラスター変分法の動的な拡張である経路確率法である。パイロクロア格子の四面体中の相関までを正しく取り扱った経路確率法の計算をおこない、系の緩和時間と帯磁率の解析的に求めることに成功した。得られた結果は単純なDebye型の緩和を示し、実験のDavidson-Cole型の緩和を再現するにはいたらなかった。この実験との乖離の原因としては、(i)経路確率法を適用するにあたって用いた近似が不十分なものだったこと、(ii)双極子相互作用を考慮しなかったことの2つが考えられる。以上を2004年秋の物理学会で発表した。パイロクロア型酸化物、特に、スピンアイスと呼ばれる系の磁化過程などを研究した。研究実施計画の目的1,2の進捗状況は以下の通りである。1.クラスター変分法に磁気双極子相互作用を導入した計算を開始した。16副格子模型を用いた自然逐次法の数値計算プログラムを作成し、双極子スピンアイスの零磁場相転移と磁場中相転移を解析する準備を整えた。2.クラスター変分法を用いてパイロクロア格子を構成する四面体内の4スピン相関を取り入れた解析を行った。主に最近接相互作用のみを考慮したスピンアイス模型を重点的に解析し、その異方的磁化過程と実験並びにMonte Carloシミュレーションで報告されている(1)残留エントロピー、(2)液相気相様相転移の関係を調べた。(1)に関しては磁場方向依存性が残留エントロピーに与える影響を解析し、クラスター変分法による残留エントロピーの近似値をあらゆる磁場方向について求めることに成功した。(2)については、[100]方向と[111]方向を調べた。その結果、[100]方向の磁化過程においてMonte Carloシミュレーションで報告されている液相気相様相転移は厳密な意味での相転移(臨界現象)ではないことを示すことに成功した。シミュレーションでは有限サイズ効果のため非常に鋭いScho-ttkey型の比熱異常が相転移のように見えたと考えられる。この結果は物性研究所短期セミナー(6月)で報告した。[111]方向についても最近接相互作用のみでは実験で報告されているような相転移が起こらないことを解明した。パイロクロア型酸化物、特に、スピンアイスと呼ばれる系のゼロ磁場相転移と磁化過程における双極子相互作用の効果を研究した。詳細は以下のとおりである。1、ゼロ磁場相転移(クラスター変分法の適用)長距離力である双極子相互作用を考慮したモデル(双極子スピンアイス模型)をクラスター変分法で解析を行った。その結果、低温における相転移を確認した。低温相はMelkoらのグループがモンテカルロシミュレーションで発見したものと同じものであった。しかしながら、転移点は期待していたものよりもかなり高いものであった。これは、長距離相互作用を平均場的に扱ったためと考えられる。(日本物理学会第58回年次大会、東北大学)2、ゼロ磁場相転移(モンテカルロシミュレーション)双極子スピンアイスのゼロ磁場における交換法を用いたモンテカルロシミュレーションを行った。その結果、アイスルール状態と常磁性を分けるSchottkey型ピークの低温側に比熱の異常を見つけた。しかしながら、残留エントロピーを完全には解消するには至らなかった。Melkoらと同様のループアルゴリズムにより彼らの結果を追試した。(日本物理学会2003年秋季大会、岡山大学)3、[110]-磁場中の双極子スピンアイスこれまで、[110]-場中のスピンアイス物質の基底状態としては"Q=X"配位が提案されていた。しかしながら、この配位が基底状態である証明はなく、反対意見も存在していた。系をIsingスピン鎖に分解することにより"Q=X"配位が強磁場における基底状態であることを証明した。また、実験によってこの基底状態に到達することができることをモンテカルトシミュレーションで示した。(物性研短期研究会、フラストレーションが創る新しい物性)パイロクロア型酸化物、特に、スピンアイスと呼ばれる系について以下の研究を行った。

1、双極子スピンアイス模型の[110]磁場中での振舞いスピンアイス物質Dy_2Ti_2O_7に関して実験で報告されている[110]磁場中での熱力学的異常の解明を目指し、双極子スピンアイス模型の研究を行った。まず、双極子スピンアイス模型の基底状態をEwald法を用い解析した。その結果、[110]磁場中においては長距離力である双極子相互作用によってQ=X構造と呼ばれるスピン配位が基底状態となることを証明することに成功した。この基底状態は中性子散乱実験で示唆されていたものと同じものであった。更に、モンテカルロシミュレーションを行い、このQ=X構造相への相転移が起こることを示し、温度磁場相図を完成させた。なお、この結果はJournal of the Physical Society of Japanに掲載され、注目論文(Letters of Editors' Choice)に選ばれた。2、最近接スピンアイス模型の動的帯磁率x(ω)スピンアイス物質Dy_2Ti_2O_7、Ho_2Ti_2O_7では、動的帯磁率はDavidson-Cole型の緩和時間分布を示すことが実験で解明されている。このDavidson-Cole型の緩和の起源を解明するために、スピンアイスのもっとも単純なモデルである最近接スピンアイス模型の動的振る舞いを解析した。用いた手法はクラスター変分法の動的な拡張である経路確率法である。パイロクロア格子の四面体中の相関までを正しく取り扱った経路確率法の計算をおこない、系の緩和時間と帯磁率の解析的に求めることに成功した。得られた結果は単純なDebye型の緩和を示し、実験のDavidson-Cole型の緩和を再現するにはいたらなかった。この実験との乖離の原因としては、(i)経路確率法を適用するにあたって用いた近似が不十分なものだったこと、(ii)双極子相互作用を考慮しなかったことの2つが考えられる。以上を2004年秋の物理学会で発表した。