hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱音響エンジンにおける進行波型自励振動の発生メカニズムの解明

熱流体力学進行波の発生メカニズムを解明するにあたり,平成25年度の計画は,先ず,簡易的に各種不連続量を取り込んだ境界層理論に基づく線形化モデルを用いて数値シミュレーションを実施し,定在波・進行波を問わない自励振動そのものの発生を決定付ける臨界条件を数値的に示すことであり,実際,この目標を十分に達成した内容を含む学術論文を年度末までに出版するに至った.また,他研究機関における先行実験の結果との比較についても,良い一致を示すことが確認され,今回用いた簡易モデルの有用性についても上記論文中にて確認された.また,我々の準一次元モデルの適用範囲が非常に広く,いわゆるωτが2付近まで有効であることが実験との比較から分かり,複雑な細管理論を使わずとも,各臨界曲線における最低温度付近まで境界層理論が有効であることが明らかになった.これに加え,これまで行われてきたいわゆる固有値問題として臨界条件を求めるのではなく,初期値問題を解くことで臨界条件を求めたことにより,臨界振動に至る過渡振動についてもその振る舞いが明らかになってきた.これらの結果は,国際学会にて発表し,講演論文として出版された.また,この過程において,スタックの空隙率だけでなく,スタックの壁厚や積層枚数によって,臨界振動に含まれる進行波成分に大きな差異が生じ,進行波の発生を促進するスタックの形状に特定の傾向があることが分かってきた.これにより,非線形性とは無関係に,線形振動である臨界振動においてもスタックの形状によって,含まれる進行波成分が異なることが分かってきた.この詳細について,定量的な議論を含め,引き続き研究を進める.平成25年度の研究結果を踏まえ,先ず,進行波発生に至る過渡振動と定在波発生に至る過渡振動の違いを明らかにし,進行波発生に有利なスタックの形状を空隙率や壁厚や積層枚数などこれまで重要視されて来なかった観点から明らかにする.特に,これまで重要視されてきたωτが同じ値であっても空隙率が異なれば臨界振動に含まれる進行波成分が異なることが分かってきたことは非常に興味深い.それらの詳細を学術論文としてまとめ,熱音響エンジンの重要な構成要素であるスタックの新たな設計指針を提供する.その上で,境界層理論に基づく我々のモデルを非線形に拡張することで,非線形性により飽和した自励振動においても進行波成分を含む自励振動がループ管で発生することを数値的に示し,その発生メカニズムを解明する.しかしながら,境界層理論を応用した本モデルの場合,各種不連続量を含んだ方程式の接続条件は複雑になることが容易に予想され,非線形効果も含んだ接続条件は数値的な不安定をもたらし,飽和に至るまでの過渡振動のシミュレーションは困難なものになる可能性が高い.実際に数値不安定が回避できない場合は,人工的な数値粘性などの導入ではなく,数値的に安定な代替の接続条件を再度検討し,実験結果との比較により妥当性を評価する.また,比較に際し,非線形振動の特性等,先行する実験結果だけでは不足する情報がある場合は実験を行うことも検討する.なお,本研究の成果を実験に容易に取り入れることを可能にするため,数値計算上の無次元パラメータ等は,可能な限り各有次元量に落とし込んで情報発信をする様に工夫する.研究を進める上で,必要に応じて研究費を執行したため.上記理由により当初見込み額と執行額はわずかに異なったが,研究計画に変更はなく,前年度の研究費も含め当初の予定通り計画を進めていく.
胎生膵組織からの膵島様細胞集団の高率誘導化とカプセル化による免疫隔離移植

糖尿病の根本的治療にはグルコースセンサーを有するインスリン配送細胞の生体内への供給が必要である。そのため,異種膵島やin vitroで胎生膵組織より形成させた膵島様の細胞集団:islet-like cell cluster (ICC)を免疫隔離し移植する可能性が注目されている。最近,申請者らは比重密度勾配遠心法により膵島をアルギン酸Ba膜で被覆化させる技術を確立した。膵島は胎生期膵管細胞より分化するが,胎児膵組織をコラーゲナーゼで分解して培養するとICCが形成されインスリン分泌能も膵島と同様であることが報告されている。しかし,ICCは古典的アルギン酸カルシウム-ポリリジン膜カプセル化によりインスリン分泌能の低下が問題視されている。本研究ではすでに確立した比重密度勾配遠心法を用い胎児膵組織から誘導した膵島様細胞集団(ICC)をカプセル化し異種移植への応用の可能性,in vitro膵島と同じ細胞構成のICCを高速で形成させる条件を明らかにすることを主眼においている。胎生20日Wistarラット膵組織をコラゲナーゼ処理し、dispersed cellsを採取,CMRL1066培地中で培養するとICCが形成された。ICCのbudding部分には免疫染色でインスリン産生が確認できた。しかし,budding部位以外の組織には,非内分泌細胞(腺管細胞,線維芽細胞など)がみられ,インスリン産生細胞を高率に含む,ICCの形成を促進条件を明らかにするすることが重要であった。成長因子の影響を,インスリン含量を指標に評価した。Hepatocyte growthfactor (HGF)にはICC形成促進作用が有ったが,腺管細胞の増殖もみられ,その作用はインスリン産生細胞に特異的ではなかった。ニコチナマイド,activin AはそれぞれICC形成促進作用を示し,単位蛋白当たりのインスリン含有量でみても,インスリン産生細胞を比較的特異的に増加させた。ニコチナマイドとactivin Aの組み合わせにより,ICCの形成効率が約2倍に増加した。そのため,異種膵島やin vitroで胎生膵組織より形成させた膵島様の細胞集団:islet-like cell cluster(ICC)を免疫隔離し移植する可能性が注目されている。ICCを比重密度勾配遠心補でアルギン酸バリウム膜でカプセル化した。In vitroで高濃度グルコースに対するインスリン分泌反応を検討すると,非カプセル化,カプセル化ICCとも速やかなインスリン分泌がみられ,両者に差はなかった。以上より,本カプセル化技術はICCにも応用可能と考えられた。ICC形成を効率よく誘導する条件を検討するため,成長因子の影響を,インスリン含量を指標に評価している。予備的成績では,ニコチナマイド,hepatocyte growthfactor,activin AにICC形成促進作用がみられている。

ニコチナマイド,activin AはそれぞれICC形成促進作用を示し,単位蛋白当たりのインスリン含有量でみても,インスリン産生細胞を比較的特異的に増加させた。ニコチナマイドとactivin Aの組み合わせにより,ICCの形成効率が約2倍に増加した。
接触法による超音波探傷試験データを用いた欠陥画像の再構成手法に関する研究

従来の線形化逆散乱解析では、画像化すべき欠陥が無限体中に存在するものとして定式化が行われてきた。この方法を入射波が平面境界を介して欠陥に到達するような場合にも拡張するには、定式化に修正が必要である。接触型探触子を用いた板材の探傷はそのような場合の一つであり、必要な修正を行うには1.接触型探触子の数値モデル化2.板材中の波動場の波線理論による解釈3.多重反射波の逆散乱解析への利用方法についての研究を行う必要がある。これらの三点に対し、本研究では次のような研究を行った。1.接触型探触子のモデル化接触型の斜角探触子までを対象として現実的な探触子のモデル化を可能とする方法について研究を行った。ここでは、探触子をそれと等価な表面力分布に置き換える従来のモデル化手法を採用しているが、具体的な分布の決定には実験的に測定した超音波の変位データから逆解析を行う方法を提案している。2.板材中の場の波線理論解による表現と物体波の抽出線形化逆散乱解析の定式化のためには、板材中の波動場を近似的には波線理論解により表現できることが前提となる。ここでは、どの程度そのような近似が可能かを明らかにするために必須となる、板材における弾性波の散乱解析プログラムの開発を行った。用いた手法は境界要素法と一般化波線理論の結合解法であり、三次元的な任意形状散乱体による散乱波の効率よい解析が可能である。3.屈折を受けて入射される波動の線形化逆散乱解析への利用板材における逆散乱解析では、直達波だけでなく反射波も用いることで送・受信角度の制限を緩和することが望ましい。本研究では、モード変換を伴った反射波までを利用できるよう、モード変換の影響を取り入れた新しい定式化を示した。さらに、ここで示した定式化により、数値解析データを用いて行ったいくつかの欠陥形状再構成例から、定式化の妥当性についても示すことができた。線形化逆散乱解析を接触法で得られた探傷データに適用するには、接触型探触子の入射および受信過程をモデル化して定式化に取り込む必要がある。また、定式化やモデル化の妥当性を検証するには、モデル化した探触子からの入射波動場だけでなく、欠陥によりどのような散乱場が形成されるのかをシミュレートする解析プログラムが必要である。そこで、本年度は以下の二点について研究を行った。(1)探触子のモデル化探触子を等価な表面力分布に置き換えることでモデル化を行った。探触子の接触圧や振動面の速度を直接計測することはできない。そこで、ここでは試験体表面で計測した速度データから表面分布を推定する逆問題を定式化しその解析を行った。本年度作成した逆解析プログラムでは、数値的にグリーン関数を評価する際にLambの解析とその遠方場での近似表現を適宜用いる。そのため、ここで作成した逆解析プログラムでは、観測点位置及び必要な精度に応じた効率的な逆解析が可能であるという特色がある。ここでは同プログラムを用いて様々な条件で逆解析を行い、特に測点位置が表面力の推定精度に及ぼす影響について考察を行った。これらは弾性波動に対する検討であるが、水中を伝播する音波との類似点も多い。そのため、水浸法の場合についても逆解析を行い、同様な検討を行っている。その結果は裏面に記載した論文にまとめられている。(2)波動解析プログラム3次元動弾性境界要素法プログラムの作成を行った。このプログラムでは水、あるいは固体の介在物を有する弾性領域における波動解析を行うことができる。また入射波動場および、散乱波の探触子位置までの伝播過程には半無限水-固体弾性体に対する近似グリーン関数を用いることができるよう作成されているため、半無元領域での散乱問題を非常に効率よく解析することができる。この結果は、裏面に記載したQNDE conferenceのproceedingsにおいて発表されている。

3.屈折を受けて入射される波動の線形化逆散乱解析への利用板材における逆散乱解析では、直達波だけでなく反射波も用いることで送・受信角度の制限を緩和することが望ましい。本研究では、モード変換を伴った反射波までを利用できるよう、モード変換の影響を取り入れた新しい定式化を示した。さらに、ここで示した定式化により、数値解析データを用いて行ったいくつかの欠陥形状再構成例から、定式化の妥当性についても示すことができた。
次世代タンパク性医薬品開発に向けた反応システム系の開発と展開

本基盤研究では一貫して、タンパク質中の天然配列を配列選択的にチオエステルに変換する方法論の開発およびその応用展開研究を手がけてきた。その結果、Ni金属を利用する手法ならびに特定のシステイン残基のみをシアノ化する手法の開発を行い、ペプチドレベルにおいて十分適用可能であることを示してきた。しかしながら、タンパク質への利用には障害があった。これは、反応に使用できる溶媒の選択や反応操作が煩雑であり、タンパク質への応用には適さないということが原因であった。そのような中、28年度に見出したカルボキシペプチダーゼによるヒドラジド化反応とこれに続く特定配列の自己編集反応の応用について29年度は研究を展開した。その結果、天然配列のC末端に、Xaa-Cys-Pro-Leu-OH配列を導入し、まず、これをヒドラジン存在下で酵素処理するとXaa-Cys-Pro-NHNH2に変換され、これを化学反応によりXaa-Cys-Pro-SR体にすると、自発的な2残基遊離反応が進行し、目的とするチオエステル体(Xaa-SR)に効率的に変化するすることを見出した。この方法論における研究上の重要ポイントは、過剰反応を抑制し、Leuの遊離のみを伴うヒドラジド化と反応剤として有用性がないPro-SRを如何にして他のアミノ酸チオエステル体に変換できるのかという点であったが、従来までの研究成果を利用することでその隘路を克服することができた。なお、本研究成果は、従来法を凌駕する極めて有用な方法論の創出に繋がると考え、更なるタンパク質分子への展開とこれを起点とする修飾反応への応用を検討中である。タンパク質チオエステルは次世代型タンパク質医薬品の創製に極めて有用な合成中間体であり、これを発現タンパク質から容易に調製する手法が強く求められている。これまでの研究により、この目的を達するための新たな反応システム3種の開発に成功した。しかし、最初に開発した2つの方法論についてはタンパク質への展開については大きな障害があった。しかし、28年度、29年度で開発を進めたカルボキシペプチダーゼを利用する手法は、極めて効率的な反応であるとともに、初期検討レベルであるがタンパク質への応用も可能であるとの知見を得つつある。この成果は、本研究の目標到達を目前とする成果であり、計画以上に研究が進展していると判断している。カルボキシペプチダーゼを利用したペプチドチオエステルを与える反応のタンパク質分子への適応が大きな課題である。これらの課題にたいする検討を通じて、100150残基程度の小タンパク質を対象とし、選択的修飾反応を試みる。現在、我々の別の研究課題として自然免疫不活性作用を有するケモカインCXCL14の機能解析を進めており、このCXCL14研究に本研究成果を投入する予定である。また、100残基程度のタンパク質での検討が順調に進んだ場合にはタンパク性医薬品への展開を念頭に抗体分子の修飾に挑戦する。さらにDDS分野におけるドラッグキャリアーとして注目を集めている血清アルブミン分子の医薬品修飾分子への変換を手がける。次世代型タンパク性医薬品を開発するためには、種々の反応性を有する官能基が多数存在するタンパク質分子中からある特定の官能基を選択的に選別して、これに対して適当な化学反応を施すことが必須である。すなわち必要とされる反応システム系は、配列選択的に特異的反応性ユニットを導入することが必須となる。そこで我々はまず特異的反応を可能とする官能基としてチオエステルを選択し、このチオエステルユニットをタンパク質中に自在に導入可能な反応システム開発を目指すことにした。タンパク質チオエステルは、タンパク質を部位特異的に修飾し、均一な修飾複合体を得る上で極めて有用な合成中間体である。しかしながら天然タンパク質を自在にチオエステルに変換する方法論はほとんど存在しないのが現状であった。そこで化学的方法論を利用した天然ペプチド配列のチオエステルへの変換反応を研究の中心課題に据え研究を行った。すなわち天然アミノ酸のみを含むペプチド配列のみからなるペプチド配列のチオエステルへの変換について検討を加えた。特定ペプチド配列へのNi配位と連続する4つのアシル基転移反応を利用する方法論を開発し、さらに本方法論の汎用性の向上に努めた。さらに別の方法論として、ペプチド配列中の特定のシステイン残基のみをS-シアノ化し、引き続いてヒドラジンのより当該シアノシステイン部分を開裂し、ペプチドヒドラジドに変換する方法論の確立に成功した。現在、本手法の一般化に挑戦している。また上記二つの方法論以外にヒドラジン存在下において酵素加水分解反応を行うことでペプチドヒドラジドの取得が可能であるとの初期実験データーを得ている。現状ではその適応は20残基程度までのペプチドに限定されているので、現在その応用展開をさらに進めている。なおペプチドヒドラジドは官能基選択的にチオエステルへの変換が可能な合成中間体である。次世代型タンパク質医薬品を創製するうえでタンパク質チオエステルは極めて有用な合成中間であると考え、これに用意に誘導可能なタンパク質ヒドラジドの配列選択的合成について検討を加えた。その結果、現状ではタンパク質レベルへの展開は未達成であるものの、天然アミノ酸からのみなる特定配列をペプチドヒドラジドに変換する反応3種類を見出した。更なる条件検討、実際のタンパク質分子への適応と課題はあるものの、基盤反応を見出すことができたことから、研究計画はおおむね順調に進展していると判断している。

すなわち残基選択的ではなく配列選択的にタンパク質中の各種官能基に対して直行性のある反応性ユニットを導入することが必須となる。そこで我々は反応性ユニットとしてチオエステルを選択した。そして、このチオエステルユニットをタンパク質中に自在に導入可能な反応システム開発を目指すことにした。しかし、天然タンパク質を自在にチオエステルに変換する方法論はほとんど存在しないのが現状であった。そこで化学的方法論を利用した天然ペプチド配列のチオエステルへの変換反応を研究の中心課題に据え研究を行った。平成28年度までの研究において、特定ペプチド配列へのNi配位と連続する4つのアシル基転移反応を利用する方法論を開発し、さらに本方法論の汎用性の向上に努めた。さらに別の方法論として、ペプチドヒドラジドに変換する方法論の確立に成功した。しかし、これらの反応システムはペプチドレベルにおいては良好に目的物を与えるものの、タンパク質への汎用性では問題があることが判明した。そこで、29年度においては第3の手法として酵素反応をヒドラジン存在下において行うことで、ペプチドヒドラジドの取得が可能であり、さらにこれをチオエステルへと変換することにペプチドレベルで成功した。現在その応用展開をさらに進めている。タンパク質チオエステルは次世代型タンパク質医薬品を創製に極めて有用な合成中間体であり、これを発現タンパク質から容易に調製する手法が強く求められている。これまでの研究により、この目的を達するための新たな反応システム3種の開発に成功した。これらの新手法の有用性の確立のためには、更なる条件検討、実際のタンパク質分子への適応と課題はあるものの、3つの基盤反応を見出すことができたことから、研究計画はおおむね順調に進展していると判断している。本基盤研究では一貫して、タンパク質中の天然配列を配列選択的にチオエステルに変換する方法論の開発およびその応用展開研究を手がけてきた。その結果、Ni金属を利用する手法ならびに特定のシステイン残基のみをシアノ化する手法の開発を行い、ペプチドレベルにおいて十分適用可能であることを示してきた。しかしながら、タンパク質への利用には障害があった。これは、反応に使用できる溶媒の選択や反応操作が煩雑であり、タンパク質への応用には適さないということが原因であった。そのような中、28年度に見出したカルボキシペプチダーゼによるヒドラジド化反応とこれに続く特定配列の自己編集反応の応用について29年度は研究を展開した。その結果、天然配列のC末端に、Xaa-Cys-Pro-Leu-OH配列を導入し、まず、これをヒドラジン存在下で酵素処理するとXaa-Cys-Pro-NHNH2に変換され、これを化学反応によりXaa-Cys-Pro-SR体にすると、自発的な2残基遊離反応が進行し、目的とするチオエステル体(Xaa-SR)に効率的に変化するすることを見出した。
耐熱性高分子薄膜への超微細周期分極直接描画と新規導波型デバイスの作製

光通信等において、低価格で光部品の集積化が可能な高分子導波路型光回路が注目されている。特に非線形高分子は、高非線形性、高周波応答性、加工性に優れる等の利点を持つため、波長変換素子や光変調素子への応用が期待される。高効率波長変換や広帯域光変調のためには、非線形性を周期的に変調する周期分極(χ^<(2)>回折格子)を用いた疑似位相整合を達成する必要がある。本研究では、耐熱性非線形高分子薄膜に超微細周期のχ^<(2)>回折格子直接描画を実現し、新規光導波路デバイスへの応用を目指す。ゲスト-ホスト型及び側鎖型有機非線形高分子薄膜に電子線直接描画法を用いることにより、χ^<(2)>を消去できることが判明し、チャネル型光導波路あるいはサブミクロン周期のχ^<(2)>回折格子を作成した。このように作成した回折格子が2次非線形性を有していることを確認するために、以下の方法を提案した。現像処理(湿式現像あるいは熱現像)を行うことにより、レリーフ型回折格子を形成し、回折格子領域に基本波を入射すると高調波の回折が生じることにより、この回折格子がχ^<(2)>回折格子であることを確認した。また、外部との光の入出力のための45゚ミラーも直接描画法で形成できることが明らかになった。以上の研究成果を学術論文、国際会議及び国内会議で発表を行った。本研究では、耐熱性(耐環境性)非線形高分子薄膜に超微細周期のχ^<(2)>回折格子直接描画を実現する。ゲスト-ホスト型及び側鎖型有機非線形高分子薄膜に電子線直接描画法を用いることにより、χ^<(2)>を消去できることが判明し、これにCADシステムを補助的に用いることで、チャネル型先導波路あるいはサブミクロン周期のχ^<(2)>回折格子を作成した。現像処理を行うことにより、レリーフ型回折格子を形成し、回折格子領域に基本波を入射すると高調波が透過することにより、この回折格子がχ^<(2)>回折格子であることを確認した。更に短周期(ナノメートルオーダ)のχ^<(2)>回折格子作成や先導波路デバイス応用について研究を継続中である。
金属間化合物中の相分離の特異性

金属間化合物における相分離では拡散の特異性,弾性的性質,結晶異方性,逆位相境界エネルギー,格子欠陥の構造,化学量論組成からのずれ,異相界面構造など不規則合金にはない多くの因子が関係し,複雑である.本研究では規則相中に不規則相が析出するNiAl-Cr系とNiAl-Co系に重点をおいて過飽和固溶体の構造と時効による相分離過程を透過電子顕微鏡を用いて解析した.まず,NiAl-Cr系において,時効によりβ-NiAl相中に球状のα-Cr相が析出する.時効初期段階においてα-Cr析出粒子は母相と整合性を保っているが,時効の進行とともに整合性は失われ,析出物は界面転位に囲まれる.母相の組成によらず,いずれの合金とも析出粒子半径の3乗と時効時間の間にはほぼ比例関係が成り立ち,β相中でのα-Cr析出粒子の粗大化はLSW理論で説明できる.また,析出粒子の粗大化速度は合金組成によって大きく異なっており,β相中のCr原子の拡散係数,α-Cr粒子の界面エネルギーが化学量論組成からのずれに強く依存していることを示唆している.本研究によりNiAl-Cr系におけるB2-NiAlの単相領域についての従来の報告はきわめて不正確であることが知られ,新たに相領域の一部を決定した.一方,NiAl-Co系において,673773K時効では時効初期段階で硬度が著しく増加する.電顕観察によれば,時効初期段階において微細かつ整合な析出物が形成され,析出物の周囲には整合ひずみ場が観察される.電子線回折パターンより,その析出相はhcp構造を有する準安定Co相(α')である.さらに時効を進めると析出相は母相と最も格子適合性の良い〈111〉方向に沿って成長する.β母相とα'析出相との結晶方位関係はBurgersの関係(110)_<B2>//(0001)_<hcp>,[-111]_<B2>//[11-20]_<hcp>である.高分解能電子顕微鏡観察により,析出相の内部構造や界面構造の解析を行った.時効のごく初期段階ではゾーンの形成が示唆された.金属間化合物における相分離では拡散の特異性,弾性的性質,結晶異方性,逆位相境界エネルギー,格子欠陥の構造,化学量論組成からのずれ,異相界面構造など不規則合金にはない多くの因子が関係し,複雑である.本研究では規則相中に不規則相が析出するNiAl-Cr系とNiAl-Co系に重点をおいて過飽和固溶体の構造と時効による相分離過程を透過電子顕微鏡を用いて解析した.まず,NiAl-Cr系において,時効によりβ-NiAl相中に球状のα-Cr相が析出する.時効初期段階においてα-Cr析出粒子は母相と整合性を保っているが,時効の進行とともに整合性は失われ,析出物は界面転位に囲まれる.母相の組成によらず,いずれの合金とも析出粒子半径の3乗と時効時間の間にはほぼ比例関係が成り立ち,β相中でのα-Cr析出粒子の粗大化はLSW理論で説明できる.また,析出粒子の粗大化速度は合金組成によって大きく異なっており,β相中のCr原子の拡散係数,α-Cr粒子の界面エネルギーが化学量論組成からのずれに強く依存していることを示唆している.本研究によりNiAl-Cr系におけるB2-NiAlの単相領域についての従来の報告はきわめて不正確であることが知られ,新たに相領域の一部を決定した.一方,NiAl-Co系において,673773K時効では時効初期段階で硬度が著しく増加する.電顕観察によれば,時効初期段階において微細かつ整合な析出物が形成され,析出物の周囲には整合ひずみ場が観察される.電子線回折パターンより,その析出相はhcp構造を有する準安定Co相(α')である.さらに時効を進めると析出相は母相と最も格子適合性の良い〈111〉方向に沿って成長する.β母相とα'析出相との結晶方位関係はBurgersの関係(110)_<B2>//(0001)_<hcp>,[-111]_<B2>//[11-20]_<hcp>である.高分解能電子顕微鏡観察により,析出相の内部構造や界面構造の解析を行った.時効のごく初期段階ではゾーンの形成が示唆された.
人工パイエルスポテンシャル格子における塑性変形機構

転位およびキンクの生成エネルギーは結晶の剛性率にほぼ比例するので、剛性率の異なる層を積み重ねた超格子構造ー剛性率変調多層膜ーは、界面に平行な転位線に対しては転位エネルギーの周期的変異を生じるのに対し、多層膜を貫通する転位に対して特別な運動障害をもたらさない。剛性率変調多層膜が転位運動に対して示すこの異方的性質を利用すると、転位を一方向にブロッキングしそれとは直角方向に掃き出させる効果があるため、これをエピタキシャル成長時に挿入することによって、上方の成長膜へ侵入するミスフィット転位を大幅に減少できる可能性がある。分子線エピタキシー(MBE)法によって作製したSi_<1-X>Ge_<>/Si多層膜をモデルシステムに用い、ミスフィット転位制御における剛性率変調多層膜の有効性を実験的に調ベた。その結果、多層膜を構成する各層個々の膜厚を臨界膜厚以下に保ちかつ総膜厚を多層もに対する臨界膜厚以上にすれば、成長途中に適切な熱処理を加えるだけで、最上層のミスフィット転位の密度を大幅に低減できることが確かめられた。この手法は原理的に金属物質にも応用可能である。またこの研究を通して、ヘテロエピタキシャル薄膜の膜厚が小さいところで、転位速度がも厚に比例して減少するような領域が現われることが見いだされた。この結果は臨界膜厚効果では定量的に説明できない。転位運動の活性化エネルギーが膜厚に依存しないことから、パイエルス機構による半導体中の転位のすべり運動の素過程に関し従来なかば信じられていた「転位はキンク衝突を繰り返しながら運動する」という描像をくつがえす、学術的にも重要な知見が得られた。
都市近郊鉱山における環境管理と計画的採掘

都市近郊の露天採掘鉱山での,原石山の確保から切羽の採掘,跡地の利用にいたるまでの計画は人的な作業によるところが多く,環境保全・都市交通への配慮など社会的要請へ対応するためにも,鉱山での計画作業および採掘作業の合理化に活用されるシステムを検討した。まず,デジタル技術を活用したRTK-GPS(リアルタイムキネマティックGPS)による地形測量を露天採掘鉱山において実施し,GPS衛星軌道と切羽地形を考慮した観測のスケジューリング手法や切羽での迅速かつ十分な精度でのGPS測量手法を確立した。つぎに,取得された地形データが迅速に更新できることを生かし,切羽地形データの作図・採掘作業のシミュレーション・採掘跡地の景観シミュレーションまで,コンピュータ・グラフィックスを応用して実施する手法を示し,さらに地質データの入力機構・DBMSの構造・衛星写真の応用について検討した。地形・地質データの解析には,衛星写真の画像処理によるマクロなアプローチと,岩石内のクラックに蛍光塗料を注入して紫外線照射装置によって鮮明に可視化し,ミクロスキャナとカラーCCDカメラを組み合わせてクラック画像を精密に取得し,画像解析を行うというミクロなアプローチを併用した。また,総合的なシステム構築にあたり,大規模露天鉱山における採掘管理へのGPSの応用が進んでいる国外の事例も調査した。一方,切羽における作業の安全と合理性を併せ持つシステムの確立のため,デジタルカメラによる3次元測量の精度評価と,従来の航空写真,RTK-GPSおよびデジタルカメラの総合運用を行い,鉱山用CAD上での地形データベース化と合理的かつ最適な採掘計画の作成を行うことができた。本年度は、まず都市近郊鉱山においてGPSによる測量を実施し、鉱山付近の地形の特徴および残壁面の形状と衛星軌道の関係から、GPS測量のスケジューリングを定式化した。とくに多数の衛星写真を用いて、地質データの入力機構、およびDBMSの構造を検討した。この地形、地質データの解析には、衛星写真をそのまま画像処理する方法だけでなく、衛星写真中にみられる特異な対象物に蛍光塗料を塗布し、紫外線照射装置を用いて鮮明に可視化し、ミクロスキャナを用いて精密に写真を移動させながら、カラーCCDカメラを用いて画像を入力するという方法も検討した。次に、環境管理、作業の安全・効率化など、切羽の開発作業におけるさまざまなファクターを検討し、計画作成における条件と目標のモデル化をおこなった。そのために、国内だけでなく海外の露天掘り鉱山を視察し、切羽における開発作業の実状を詳細に検討した。さらに、作業計画の作成、作業計画の修正について、最適な目標を達成するためのアルゴリズム(最適化手法)について検討した。これについては、次年度も引き続き作業を継続する予定である。次年度は、本年度に検討したシステムを実際の露天掘り鉱山に適用し、計画作業の合理化を達成し理想的な採掘作業を確立するために、GPSによる測量システムを基礎として、地形・地質管理機構、最適な採掘計画の作成などの機能を持つサブシステムからなる、採掘計画策定のためのシステムを検討していく予定である。

また,総合的なシステム構築にあたり,大規模露天鉱山における採掘管理へのGPSの応用が進んでいる国外の事例も調査した。一方,切羽における作業の安全と合理性を併せ持つシステムの確立のため,デジタルカメラによる3次元測量の精度評価と,従来の航空写真,RTK-GPSおよびデジタルカメラの統合運用を行い,鉱山用CAD上での地形データベース化と合理的かつ最適な採掘計画の作成を行うことができた。
各種炎症性サイトカインのCore2糖転移酵素に及ぼす影響

Core2糖転移酵素(C2GnT)はO-グリコシド型糖鎖(ムチン型糖鎖)におけるポリラクトサミン構造またシアリルルイスxあるいはa等の抗原基生成におけるkey enzymeであり,この意味からも癌の転移や炎症の場における細胞接着にこの酵素は深く関与していると考えられる.今回の実験の目的は,各種サイトカイン(特にTGF-β1)のC2GnT活性に及ぼす影響を調べることである検討項目および方法:以下の検討にはヒト大腸癌細胞株であるCaco-2細胞を用いた.2.活性値が最高となった5ng/mlのTGF-βlを添加した際のC2GnT活性値の経時変化5. TGF-βlのCaco-2細胞の増殖能に及ぼす影響(MTT法)2. 5ng/mlのTGF-βl添加にて酵素活性値は添加24時間以降72時間まで高値を示した.3. densitometerで検討した結果,l,5,lOng/mlのTGF-βl添加でC2GnT mRNAの発現は非添加群に比し増強しており,10ng/mlの濃度で最も増強されていた4.共焦点レーザー顕微鏡での観察ではCaco-2細胞においてTβR-1,TβR-IIともに細胞膜全体にわたり発現が認められた.5. 1GF-β1はCaco-2細胞の増殖を濃度依存性(110ng/ml)に抑制していた.まとめ:TGF-βlはCore2糖転移酵素活性を亢進させ,mRNAレベルでおこなわれると考えられた.大腸癌患者の組織を用いた研究で,C2GnT mRNAの発現は腫瘍の深部浸潤および血管侵襲の程度に相関しているとの報告もあり,TGF-βlによるC2GnTの活性増強がCore2構造の形成,側鎖の延長,その末端でのシアリルルイスx抗原基などの形成を促進し,大腸癌の進展に関与している可能性が示唆された.今後,C2GnTの発現をantisense oligonucleotide等により抑制し,大腸癌の浸潤能に及ぼす影響を検討していく予定である.Core2糖転移酵素(C2GnT)はO-グリコシド型糖鎖(ムチン型糖鎖)におけるポリラクトサミン構造またシアリルルイスxあるいはa等の抗原基生成におけるkey enzymeであり,この意味からも癌の転移や炎症の場における細胞接着にこの酵素は深く関与していると考えられる.今回の実験の目的は,各種サイトカイン(特にTGF-β1)のC2GnT活性に及ぼす影響を調べることである検討項目および方法:以下の検討にはヒト大腸癌細胞株であるCaco-2細胞を用いた.2.活性値が最高となった5ng/mlのTGF-βlを添加した際のC2GnT活性値の経時変化5. TGF-βlのCaco-2細胞の増殖能に及ぼす影響(MTT法)2. 5ng/mlのTGF-βl添加にて酵素活性値は添加24時間以降72時間まで高値を示した.3. densitometerで検討した結果,l,5,lOng/mlのTGF-βl添加でC2GnT mRNAの発現は非添加群に比し増強しており,10ng/mlの濃度で最も増強されていた4.共焦点レーザー顕微鏡での観察ではCaco-2細胞においてTβR-1,TβR-IIともに細胞膜全体にわたり発現が認められた.5. 1GF-β1はCaco-2細胞の増殖を濃度依存性(110ng/ml)に抑制していた.まとめ:TGF-βlはCore2糖転移酵素活性を亢進させ,mRNAレベルでおこなわれると考えられた.大腸癌患者の組織を用いた研究で,C2GnT mRNAの発現は腫瘍の深部浸潤および血管侵襲の程度に相関しているとの報告もあり,TGF-βlによるC2GnTの活性増強がCore2構造の形成,側鎖の延長,その末端でのシアリルルイスx抗原基などの形成を促進し,大腸癌の進展に関与している可能性が示唆された.今後,C2GnTの発現をantisense oligonucleotide等により抑制し,大腸癌の浸潤能に及ぼす影響を検討していく予定である.ヒト大腸癌細胞株Caco-2を用いて、コア2合成酵素活性に対するTGF-β1の影響を調べた.(1)TGF-β受容体(I型、II型)の発現(蛍光抗体法)(2)TGF-β1の細胞増殖能に対する影響(MTT法)(3)各種濃度のTGF-β1のコア2合成酵素活性に対する影響(4)およびその経時的変化なお酵素活性測定方法は、基質として1mMのGalβ1-3GalNAc-O-p-nitro-phenyl、糖共与体として^3Hラベルしたものを含む1mMのUDP-GlcNAc、酵素源としてcell lysaeを用い、37°Cで1hr.反応させ、C_<18>カラムにより生成物を分離し、放射活性から酵素活性を求めた.結果(1)蛍光抗体法にて、Caco-2細胞はTGF-β受容体I型、II型とも発現を認めた.(2)はMTT法では、5ng/mlのTGF-β1は、Caco-2細胞の増殖を抑制した.(3)TGF-β1濃度1ng/ml、2ng/ml、5ng/ml、10ng/mlにおいて、コア2合成酵素活性は濃度とともに増加し、5ng/mlで最高値に達した後微減傾向を認めた.(4)5ng/

mlのTGF-β1を加えた後コア2合成酵素活性は経時的に増加し、24時間後に最高値に達した後72時間後まで高値を持続した.結論TGF-β1はCaco-2細胞の細胞増殖を抑制する一方、コア2合成酵素活性を亢進する.今後の計画(1)HL-60細胞cDNAlibraryを用いてPCR法でコア2合成酵素のprobeを作製しており、Northeren blottingで検討する.(2)EGF,bFGF,HGF等の他のサイトカインのコア2合成酵素活性に対する影響を調べる.なお、本結果の主旨は第39回日本消火器病学会大会で発表した.(結果)Caco-2細胞の培養液中に種々の濃度のTGF-β1を添加し,RT-PCRにてCore2 GnT mRNAの発現を検討した.internal standardとしてはβ-actinを使用し,densitometerを用い検討した.その結果,TGF-β1 5,10ng/ml添加群のいずれも非投与群に比較してC2GnT mRNAの発現の増強を認めた.1次抗体に抗ヒトTβR-Iウサギポリクローナル抗体または抗ヒトTβR-IIウサギポリクローナル抗体,2次抗体にFITC標識抗ウサギIgG抗体を用いて,蛍光顕微鏡及び共焦点レーザー顕微鏡で観察した結果,両レセプターの発現を確認した.MTT法ではTGF-β1が濃度依存性(1ng/ml10ng/ml)に細胞増殖を抑制していることが確認できた.以上より,Caco-2細胞において,TGF-β1はC2GnT活性を蛋白質およびmRNA双方のレベルで亢進させており,TGF-β1によるC2GnTの活性化はmRNAのレベルで行われることが示唆された.大腸癌患者の組織を用いた検討で,C2GnT mRNAの発現は腫瘍の深部浸潤および血管侵襲の程度に相関しているという報告もあり,TGF-β1によるC2GnTの活性増強が,コア2構造の形成,側鎖の延長,その末端でのsialyl Lex構造の形成などを促進し,大腸癌の進展に関与している可能性が示唆された.
ニューロン特異β-tubulin蛋白の異所性発現に関する研究

微小細管の蛋白tubulinはニューロンの発生・分化過程で著しい変化を受けることが知られている。神経に特異的なClassIIIβisotype tubulinに対するモノクローナル抗体TuJlを用い、神経内分泌細胞の性格を有する人の種々の内分泌腫瘍において、どの程度本isotypeが発現しているかをしらべた。正常下垂体前葉では、TuJlに反応する細胞は極めて少なかったが、61例の下垂体腺種では43例(73%)が反応した。この結果は本tubulin isotypeはneuroectoderm由来の未分化な腫瘍でも強く発現していることがわかった。叉他の内分泌腫瘍では副腎髄質腫瘍100%、甲状腺髄様癌45%、膵内分泌腫瘍30%、カルチノイド25%の発現をみた。神経方向への分化の程度と本isotypeの発現が一致することが示唆された。ニワトリ孵卵期における鰓後体の本tubulin isotypeの経時的な発現状態をTuJlによる免疫染色でしらべた。孵卵8日で、鰓後体のC細胞の多くが陽性であった。更に鰓後体内の神経線維も陽性であった。孵卵1416日では、C細胞内の強い陽性所見が持続した。免疫電顕により、TuJl免疫活性はC細胞の細胞質及び分泌顆粒に認められた。胎生後期において、C細胞のTuJl免疫活性は減少しはじめ、10日目のひよこでは、ほとんど消失し、神経細胞のみに限られるようになった。本tubulin isotypeが、神経ニューロンの微小細管に局在することは、クリオミクロトームにより作成した標本にTuJl抗体を反応させ電顕観察することにより、判明したが、他のニューロン内のマトリックスにも局在するか否かは決定できなかった。ニワトリの頚動脈体の発生過程で、本isotype陽性細胞は迷走神経遠位神経節から移動し、頚動脈体内に入り、胎生912日の間陽性細胞が増加し続け、以後減少することがわかった。1.モノクロナール抗体TuJ1を用い、Class IIIbeta-tubulin isotypeは、正常人下垂体前葉細胞にはほとんど発現していないが、61例の下垂体腺腫のうち43例で腺腫細胞に発現していることを確定した。この結果は当該神経特異蛋白beta-tubulin isotypeが、下垂体前葉細胞の腫瘍化に伴い、新たに発現を獲得するか、発現の増加をみることを示唆する。下垂体腺腫は産生ホルモンの種類により、様々に分類されるが、ClassIIIbeta-tubulin isotypeと特異ホルモンの発現とに一定の関係は見い出せなかった。本発現tubulin蛋白が、どの程度にmicrotubuleに組み入れられているものか、組み入れられず細胞質に存在するものかについては、更に免疫電顕などによる確認が必要となった。2.ニワトリ胎生期における後鰓体(ultimobranchial body)(哺乳類の甲状腺内のカルチトニン産生細胞C細胞と相同)においては、C細胞は胎生8日から16日まで、モノクロナール抗体TuJ1に陽性反応を示し、胎生後期にその反応は減弱しはじめ、孵化時には極めて弱くなり、neuron-specific beta-tubulin isotypeは、C細胞周辺の神経繊維のみに発現しているのみとなる。即ち、胎生初期にはニューロンと共通の性格が強いが、tubulinに関しては、胎期が進につれ、ニューロンとの共通性が乏しくなることがわかった。

1)内分泌腫瘍におけるニューロン特異β-tubulin蛋白の発現下垂体腺腫においては、本年度も引き続き検討したが、前年度と併せ、80%の発現率を示した。甲状腺髄様癌(カルシトニン産生C細胞腫瘍)では45%、膵内分泌腫瘍では30%、副腎髄質褐色細胞腫ではほぼ100%、肺の小細胞癌においては10%の発現率をみた。このように同じペプチドホルモン叉はアミン産生腫瘍でも、発生臓器とその構成細胞の分化度により発現の程度が異なることが明かとなった。2)ニューロン特異ClassIIIβ-tubulin isotype抗体TuJ1を用いたニワトリ胎生期における頸動脈体部のグロームス細胞分化脳β-tubulin、Leu-7抗体と共にTuJ1を用い、鶏胎生期頸動脈体部の細胞のClassIIIβ-tubulin isotypeの発現を経時的に検討したところ、孵化6日では当該原基には発現を見ず、8日までに原基の周囲の細胞に発現を見、9日12日で原基内の発現細胞は増加し、これらの発現細胞は頸動脈周囲、遠位迷走神経節と連続して分布していた。これらの発現細胞は上記神経節から移動してくるものと考えられた(解剖学教室亀田蓉子博士との協同研究)。免疫電子顕微鏡観察のため、クリオミクロトームを用い、標本を作成した。正常末梢神経においては、微小細管に上記抗原の局在を同定できたが、その他の細胞質部位の局在は明らかに出来なかった。
造血および神経系幹細胞におけるNotchシグナル可視化による自己複製機構解明

蛍光蛋白質を利用したNotchおよびWntシグナルの活性化可視化技術の開発哺乳類中枢神経系発生過程においてNotchシグナルの活性化部位は従来未解明のままであった。そこで、生体内でNotchシグナルの活1生化を検出するNotchレポーターシステムを開発し、中枢神経系においてNotchシグナルの活性化と細胞運命決定の関わりを解析した。また、同様に組織幹細胞の自己複製に広く関与することが知られているWntシグナルを検出するins-TOPEGFPおよびins-TOPGALレポーター遺伝子導入マウスを作製し、胎生および成体マウスにおける様々な組織におけるWntシグナル活性化のモニタリングを行った。幹細胞自己増殖と細胞系譜におけるNotchおよびWntシグナリングの関連作成したレポーター遺伝子をレンチウイルスに組み込み、胎児脳より調製した幼弱神経細胞に遺伝子導入後、Venusを発現する細胞をフロー一サイトメトリーにより分離しNeurosphere形成能を調べたところ、レポーター遺伝子発現細胞中にsphere形成細胞が有意に濃縮されていることが明らかになった。Notchレポーターシステムにより、Notchシグナルの活性化が神経幹細胞の未分化維持および多分化能に相関していることが明らかとなった。また,胎児脳組織中では中脳および海馬でWntシグナルの強い活性化が見られたが、成体ではこれまで報告されていなかった中心周囲肝細胞における活性化および脾臓組織中に点在する活性化型Tリンパ球における活性が顕著であった。従って、我々の作製した遺伝子導入動物の観察により、成体ではこれまで報告のなかった肝臓および脾臓でのWnt canonical pathwayの活性化が明らかになり、今後、その生理的意義を明確にしていく必要性が示唆された。新規蛍光蛋白質Venusを利用したNotchシグナルの活性化可視化技術の開発哺乳類中枢神経系発生過程においてNotchシグナルの活性化部位は従来未解明のままであった。そこで、生体内でNotchシグナルの活性化を検出する技術(Notchレポーターシステム)を開発し、中枢神経系においてNotchシグナルの活性化と細胞運命決定の関わりを解析した。Notchの標的遺伝子であるHes1プロモーター下流に発光団形成時間および半減期が短く、かつ蛍光強度の強い蛍光蛋白質d4-Venusを発現するレポーター遺伝子を作成した。活性化型Notchを発現した細胞株に導入したところ、このレポーター遺伝子はNotchシグナルの活性化に応答した蛍光を発することが確認された。幹細胞自己増殖と細胞系譜におけるNotchシグナリングの関連作成したレポーター遺伝子をレンチウイルスに組み込み、胎児脳より調製した幼弱神経細胞に遺伝子導入後、Venusを発現する細胞をフローサイトメトリーにより分離しNeurosphere形成能を調べたところ、レポーター遺伝子発現細胞中にsphere形成細胞が有意に濃縮されていることが明らかになった。また胎生後期より産生されるアストロサイトの分化過程において解析するとNotchシグナルは成熟したアストロサイトでは活性化していなかった。過剰発現系、loss of functionによりさらに解析するとNotchシグナルは神経幹細胞からアストロサイトへの初期誘導においては重要であるが,成熟にはむしろ阻害的であり,さらにNotchシグナルの活性化の度合いが低下することがアストロサイトの成熟に必要であることが示唆された。
高機能磁性体の理論的研究

強磁性遷移金属と非磁性金属を原子レベルで周期的に積み重ねた磁性人口格子は、新機能材料として近年注目されている。特に、異常に大きな負の磁気抵抗(巨大磁気抵抗効果)はセンターへの応用として興味が持たれている。磁性人工格子は用いる強磁性金属と非磁性金属の種類及びそれぞれの原子層の厚さにより、その電気的磁気的性質が大きく変化する。そのため、人工格子構築のための理論的指針が強く望まれてきた。同時に、磁性人工格子の物性は、それを構成する遷移金属の電子構造及び層状物質特有の伝導現象が複雑に絡まっており、固体物理学の多くの基本的問題を含んでいる。本共同研究の目的は、遷移金属磁性体を用いた高機能磁性人工格子の電子構造、磁気的性質及び伝導現象を理論的に研究し、磁性人工格子の新しい物性物理学を確立するとともに高機能磁性人工格子構築のための指針を見いだし、新たな高機能磁性体の開発に役立てようとするものである。今年度においては、次の4点に関する研究が行われた。磁性人工格子における巨大磁気抵抗効果-特にその電流方向依存性、微粒子磁性薄膜における巨大磁気抵抗効果、磁性人工格子における交換結合、及び遷移金属酸化物における巨大磁気抵抗効果と電子相関、である。以下に各々について概略する。1.磁性人工格子における巨大磁気抵抗効果は、電流が層に平行に流れるか、垂直に流れるかによってその大きさが異なっている。即ち磁気抵抗効果に異方性がある。一般に垂直電流に対する磁気抵抗効果のほうが平行電流に対するそれよりも大きい。一方磁気抵抗の起源として、磁性層と非磁性層との界面におけるスピンに依存する乱れが重要であることが我々の以前の研究により明らかにされている。そこで界面層に磁性原子と非磁性原子とがランダムに分布しているとして、垂直電流と平行電流に対する電気抵抗を久保公式を用いて計算し磁気抵抗を求め、磁気抵抗効果の異方性の起源を探った。その結果、電子の有効質量の異方性と、散乱体の二次元的分布が磁気抵抗効果の異方性の起源であることが明らかにされた。この結果は数値シミュレーションで得られた結果と基本的に一致している。2.巨大磁気抵抗効果は磁性人工格子のみならず微粒子磁性薄膜においても見出されている。この系における磁気抵抗に対する磁性微粒子の形状の効果を数値シミュレーションを用いて調べた。その結果、電流方向に垂直な磁性微粒子の断面積が磁気抵抗効果を支配していることが明らかにされた。この結果は、単一バンドおよび二バンド模型を用いて行われ定性的に同一の結果が得られている。3.磁性人工格子における磁性層間の交換結合への界面の不規則性の効果が調べられた。交換結合は、非磁性層の厚さと共に振動的に変化するが、界面の不規則性はこの振動的変化の強度と位相に影響を与えることが明らかにされた。4.ペロブスカイト型マンガン酸化物においても非常に大きな負の磁気抵抗が見出されている。この系は電子相関の強い系であり、特にマンガン原子内のフント結合が巨大磁気抵抗にとって重要であることが指摘された。強相関電子系では、スピンと電荷の自由度とがどのように物性に絡んでくるかを明らかにすることが重要となる。この問題を原子内クーロン反発力の強い2次元系を対象として、厳密対角化法により調べた。以上、電気抵抗、磁気抵抗に対する、不規則性、散乱体の形状、電子相関の効果が明らかにされた。磁気抵抗を大きくするためには、人工格子界面での不規則性のコントロール、微粒子磁性薄膜の微粒子の形状のコントロールが重要となる。今後、交換結合の振動的変化と巨大磁気抵抗効果との関連を理論的に調べ、磁性人工格子の物性の統一的描像を構築すること、遷移金属酸化物に対しては、人工的層状構造などを用いた電子相関のコントロールの可能性を理論的に考察していくことが重要課題として残されている。

一方磁気抵抗の起源として、磁性層と非磁性層との界面におけるスピンに依存する乱れが重要であることが我々の以前の研究により明らかにされている。そこで界面層に磁性原子と非磁性原子とがランダムに分布しているとして、垂直電流と平行電流に対する電気抵抗を久保公式を用いて計算し磁気抵抗を求め、磁気抵抗効果の異方性の起源を探った。その結果、電子の有効質量の異方性と、散乱体の二次元的分布が磁気抵抗効果の異方性の起源であることが明らかにされた。この結果は数値シミュレーションで得られた結果と基本的に一致している。2.巨大磁気抵抗効果は磁性人工格子のみならず微粒子磁性薄膜においても見出されている。この系における磁気抵抗に対する磁性微粒子の形状の効果を数値シミュレーションを用いて調べた。その結果、電流方向に垂直な磁性微粒子の断面積が磁気抵抗効果を支配していることが明らかにされた。この結果は、単一バンドおよび二バンド模型を用いて行われ定性的に同一の結果が得られている。3.磁性人工格子における磁性層間の交換結合への界面の不規則性の効果が調べられた。交換結合は、非磁性層の厚さと共に振動的に変化するが、界面の不規則性はこの振動的変化の強度と位相に影響を与えることが明らかにされた。4.ペロブスカイト型マンガン酸化物においても非常に大きな負の磁気抵抗が見出されている。この系は電子相関の強い系であり、特にマンガン原子内のフント結合が巨大磁気抵抗にとって重要であることが指摘された。強相関電子系では、スピンと電荷の自由度とがどのように物性に絡んでくるかを明らかにすることが重要となる。この問題を原子内クーロン反発力の強い2次元系を対象として、厳密対角化法により調べた。以上、電気抵抗、磁気抵抗に対する、不規則性、散乱体の形状、電子相関の効果が明らかにされた。磁気抵抗を大きくするためには、人工格子界面での不規則性のコントロール、微粒子磁性薄膜の微粒子の形状のコントロールが重要となる。今後、交換結合の振動的変化と巨大磁気抵抗効果との関連を理論的に調べ、磁性人工格子の物性の統一的描像を構築すること、遷移金属酸化物に対しては、人工的層状構造などを用いた電子相関のコントロールの可能性を理論的に考察していくことが重要課題として残されている。
ハイブリッド機能セルロース誘導体の分子設計と利用開発

セルロース分子の化学構造上の特徴は無水グルコース繰り返し単位には3つの水酸基があることであり、これらの水酸基の化学反応性を十分に考慮し分子設計すると、簡単な合成高分子では予想もし得ない多機能成功分子に変換し得る可能性がある。そこで、本研究では、6位の一級水酸基には溶媒溶解性および熱溶融性などの物理的性質の向上を期待して長鎖アルキル基を、また、2,3位の2級酸基には機能性の賦与を期待し機能性官能基を導入した、ハイブリッド機能セルロース誘導体の分子設計を計画した。得られた結果と下記に記す。1)先ず、6位に位置選択的に導入可能な保護基、trityl基を長鎖アルキル基を運ぶ単体と見なした、新規なtrityl誘導体である、4-aklyloxy(n=4,8,12,14,18)trityl chlorideを、市販のmethyl p-hydroxybezoatまたはp-hydroxybenzophenoneからキイー化合物4-hydroxytrityl alcoholを経て、アルキル鎖の長さ(n)の異なる4-aklyloxytrityl chlorideを高収率で調整し得る合成法を確率した。2)新規に調製した試薬4-aklyloxytrityl chlorideとmethyl α-D-glucopyranosideセルロースとの反応を試みた結果、高位置選択的に長鎖アルキル基が6位のみに導入された誘導体が得られ、新規に合成した試薬は極めて有用であることが判明した。また、得られたセルロース誘導体は種々の溶媒に対して溶媒溶解性を示し、そのacetateは熱溶融性で液晶性を示した。すなわち、少なくとも、一段階の反応でセルロースの物性を制御することに成功した。3)位置選択性を完全に制御するのは、我々の開発した開環重合法によるセルロースの化学合成法が基とも確実である。そこで、既報に変わる反応段数の少ない重合モノマーの高収率合成法と重合モノマーの保護基3位のallyl基の有用性を証明した。4)改良法によって調整したセルロース誘導体から可能な7つの位置特異的置換メチル誘導体の合成に成功した。この合成法により得られる誘導体の全てがハイブリッド機能セルロース誘導体へ変換可能であり、磁性体と電気伝導体などへの利用の可能性が示唆された。5)結果をまとめ報告書を作成するとともにCarbohydrate Research、Biomacromolecules等の専門誌に投稿し、受理された。ハイブリッド機能セルロース誘導体の調製には、6位水酸基に選択的に長鎖アルキル基を導入する必要がある。まず崇高いジフェニルアルキルメチル基の導入を計画した。まず市販のジフェニルメチルクロライドをジメチルアセトアミド(DMAc)/リチウムクロライド(LiC1)中で反応させ、ジフェルニルメチル基の導入を試みたが121.5時間後、DS=0.36と反応性において問題の残る結果となった。そこで、トリチル基の6位選択的導入が報告されていることから、パラ位に長鎖アルキロキシ基を持つトリチルの導入を次に検討した。4-Hydroxy-benzoic acid methyl esterをベンジル化し、4-Benzyloxy-