hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブタ-ヒト間におけるNK細胞依存性細胞性拒絶反応の阻止

ブタ-ヒト間における異種移植での細胞性拒絶反応を抑制するため、ヒトnon-classical HLAを用いた。HLA-G及びHLA-Eをブタ血管内皮細胞上に強制発現させることによりヒトNK cellからの細胞障害を抑制することが出来た。(1999 J of Immunology)ヒトリンパ球がtarget cellであるブタ血管内皮細胞により活性化される際に萠出されるのはTh1サイトカインが優位であった。これは2000年アメリカ移植学会で報告している。このサイトカイン分泌にもNK cellの活性が大きく関与していることを証明するためにNK cellを除いたリンパ球を用いElisa法を用いたサイトカインアッセイを行った。結果はやはりNK cellを除いたリンパ球でのサイトカイン量の減少が認められた。次いでサイトカインの放出を抑制することによりT cellの増殖を抑制することが可能かを検討した。この際HLA-G及びHLA-Eを発現させたブタ血管内皮細胞とリンパ球のリンパ球幼若化試験を行った。HLA-Gを発現させたtarget cellではT cellの増殖が抑制されることが証明された。さらに追試重ね、アメリカ移植学会での発表を予定している。ヒトーブタ間の細胞性免疫を知るためにhumanized SCID mouse用いた実験系を確立しているが、その前段階としてヒト末梢血リンパ球がブタ血管内皮細胞にたいしどのようなサイトカインアクションを呈するかを調査した。ブタ血管内皮細胞とヒトPBLを混合培養し、その上清に分泌されたサイトカインを測定した。測定したサイトカインはIL2,TNF-alpha,IFN gamma,IL10でELISA法を用いた。ヒトPBLはブタ血管内皮細胞にたいしてTh1サイトカインを分泌しTh2サイトカインの分泌は測定以下の値であった。次にブタ血管内皮細胞にヒトnon-classical HLAclass I分子を強制発現させることにより、サイトカインの分泌が変化するかどうかを調べた。その結果HLA-Gを発現させたものではTh1サイトカインの分泌が抑制されることがわかった。
高度な固体電気化学式ガスセンサ構築のための反応界面の設計・制御

安定化ジルコニアをベース材料とした自動車排ガス監視用及び環境モニタリング用の高性能な固体電気化学式ガスセンサの構築を、酸化物系やナノ貴金属とのコンポジット系材料を用いた最適な検知極材料の探索、反応界面の微細構造や組成の設計および作動条件の最適化などにより行ない、特異的なガスセンシング機能を付与することができた安定化ジルコニアをベース材料とした自動車排ガス監視用及び環境モニタリング用の高性能な固体電気化学式ガスセンサの構築を、酸化物系やナノ貴金属とのコンポジット系材料を用いた最適な検知極材料の探索、反応界面の微細構造や組成の設計および作動条件の最適化などにより行ない、特異的なガスセンシング機能を付与することができた近年、自動車や種々の産業プロセスから排出される大気汚染物質による大気環境悪化は深刻であり、環境汚染物質を高感度、高選択的に検出可能な低コストで小型の高性能ガスセンサの開発が切望されている。そのため、本研究では、混成電位や電解電流などを応答信号とする固体電気化学式ガスセンサにおける最適な検知極材料および組成の探索、反応界面の微細構造や微細組成の設計、および作動条件の最適化を目指すものであり、本年度は以下のような成果を得た。種々の粒子径のナノAu粒子を検知極に用いた混成電位型ジルコニアセンサが、Au粒子径や検知極材料のモルフォロジの違いによって、応答特性が大きく変化することを見出した。また、Auナノ粒子を1 wt%添加したZnCr_2O_4を検知極(ZnCr_2O_4(+Au)-SE)に用いた素子では、CO及び炭化水素に対して高い感度を示した。そこで、本素子と炭化水素に対してのみ選択的な応答を示すことがわかっているZnCr_2O_4-SEを組み合わせた素子を作製して両極間の電位差を測定することで、プロパンに対する感度を相殺してCOに対して高感度かつ選択的な応答が得られることがわかった。一方、NiO検知極を用いた混成電位型ジルコニアセンサでは、他ガスの共存による影響をあまり受けずに、水蒸気存在下においても50 ppbという極低濃度のトルエンに対して、比較的良好な感度と選択性を示すことを見出した。また、本素子はトルエン以外のm-キシレンやベンゼンなどの他のVOCに対しても比較的高い感度を示した。本素子は市販の全炭化水素分析計と比較しても良好なVOC検知特性を示すことが分かった。また、さらなる低濃度VOCの検知を目指して、検出原理を考慮してNiO膜厚を変化させた時のガス検知特性への影響を評価したところ、膜厚を減少させることで、選択性はほとんど低下させずにトルエン感度を向上させることができた。近年、自動車や種々の産業プロセスから排出される大気汚染物質による大気環境悪化は深刻であり、環境物質を高感度、高選択的に検出可能な低コストで小型の高性能ガスセンサの開発が切望されている。そのため、本研究では、混成電位や限界電流などを応答信号とする固体電気化学式ガスセンサにおける最適な検知極材料および組成の探索、反応界面の微細構造や微細組成の設計、および作動条件の最適化を目指すものであり、本年度は以下のような成果を得た。1)種々の単独酸化物を検知極に用いた混成電位型ジルコニアセンサのガス応答特性について検討したところ、酸化スズを検知極に用いた素子を600°Cで作動させた場合に、水素およびプロペンに対して高い感度を示すことがわかった。そこで、本素子と炭化水素に対してのみ選択的な応答を示すチタン酸ニッケル検知極とを組み合わせた素子を作製して両極間の電位差を測定することで、プロペンに対する応答を相殺して、水素を高感度かつ高選択的に検知できることがわかった。2)新規に提案したマンガン系酸化物を固体参照極に用いたセンサ素子のガス応答特性について検討した。その結果、酸化インジウムを検知極に用いた電流検出式センサは、550°Cにおいて二酸化窒素を高感度かつ選択的に検知でき、亜クロム酸ニッケルを30wt.%添加した酸化クロムを検知極に用いた電位検出式センサでは、同作動条件下で炭化水素を選択的に検知できることがわかった。3)酸化ニッケルを検知極に用いた混成電位型センサは、作動温度450°Cにおいて50ppbの極低濃度のトルエンを比較的高感度に検知できることをこれまでに見出していたが、本素子はエタノールガスによる干渉を大きく受けることがわかった。そこで、エタノールガスの干渉を除去するために、酸化スズ粉末を充填した酸化セルをセンサ素子の上流に設置することで、トルエン感度を大きく低下させずに、エタノール感度を大幅に低減できることを見出した。本研究は、固体電気化学式ガスセンサにおける最適な検知極材料および組成の探索、反応界面の微細構造や微細組成の設計、作動条件の最適化を目指すものであり、本年度は以下のような成果を得た。1)YSZセンサの検知極層上に触媒層を積層した素子による水素選択性の改善を行った。触媒層にプロペン酸化能を有する酸化クロムを、また検知極層に酸化スズを用いた積層型素子を作製した。この際、酸化クロムの検知極層への侵入を防ぐために、触媒層と検知極層の間にアルミナ中間層を導入した。この素子の種々のガスに対する応答特性の評価を行ったところ、プロペン感度が大幅に減少し、水素に対して良好なガス選択性が得られることがわかった。2)新規に開発したMn系参照極の作動機構について検討を行った。Mn固溶YSZの電気伝導に対する活性化エネルギーは、Mn系参照極が酸素に対して不活性となる約575°Cを境に変化することを見出した。

これより、酸化マンガンを塗布したYSZを高温焼成することでMnイオンがYSZへ固溶し、格子定数、モルフォロジ、電子状態、電気伝導性に影響を及ぼしたと考えられる。そのため、約575°C以下の作動温度では、YSZ中でMnイオンの存在により隣接する酸素空孔が固定化され、酸素イオン活量が一定となるために、Mn系参照極は酸素および種々の排ガス成分に対して不活性であると考察した。3)YSZセンサの最適な検知極材料として、酸化亜鉛へ酸化タンタルを84wt%添加した場合に水素に対して最も高い感度が得られることがわかった。この素子を550°Cで40日間保持すると水素感度が大幅に増加し、他ガスに対する感度は低下したため、非常に高い水素感度と選択性が得られた。感度は10-80 ppmの水素濃度範囲では直線関係が見られたが、100-400 ppmでは濃度の対数に対して感度が直線性を示した。これまでに、検知極材料の系統的な探索や作動条件の最適化により、固体電気化学式ガスセンサにおける気相触媒反応界面および検知極/固体電解質の電気化学反応界面での各触媒活性を制御することができ、自動車や種々の産業プロセスから排出される大気汚染物質として選択した二酸化窒素、水素、炭化水素、トルエン等を高感度、高選択的に検知可能な混成電位型ジルコニアセンサの試作に成功した。24年度が最終年度であるため、記入しない。作製した固体電気化学式ガスセンサのガス応答特性の高性能化を目指して、検知極層や触媒層の積層状態、厚さ、モルフォロジ、多孔度、組成、複合化度などについて検討を加え、種々のガスに対する応答特性について検討する。また、検知極材料およびセンサ作動条件を最適化した固体電気化学式ガスセンサについて、形状観察や組成分析を行うとともに、ガス吸着特性、気相酸化反応活性、複素インピーダンス特性などを測定、評価するとともに、センシング材料と被検ガス分子との相互作用についてのシミュレーションなどを行うことにより、特異的ガスセンシング機能発現のメカニズムについて考察する。
大規模かつ複雑なネットワーク上の資源を高速に割り当てるための分散型不動点劣勾配法

大規模かつ複雑なネットワーク上の資源を割り当てるための問題を、ある非拡大写像の不動点集合上での分散型最適化問題に定式化し、その問題を高速に解くための手法を考案した。提案手法がある仮定の下で問題の解に収束することを証明した。また、提案手法と既存手法との数値比較実験を行い、提案手法の有用性や最適性を示すことができている。大規模かつ複雑なネットワークを管理する運用者(オペレータ)は、ネットワークの安定性及び高信頼性を実現するために、限られたネットワーク資源を大多数のネットワーク利用者(ユーザ)に公平に割り当てる必要がある。これは、オペレータが、ユーザの満足度関数(資源割り当てに関する公平さを表す指標)の総和の最大解を見つけることと同値である。その一方で、オペレータは、ネットワークの管理及び運用により得られる利潤を最大にする誘因(インセンティブ)をもつ。このような2つの状況を勘案した「ネットワーク資源割り当て問題」を解くことの困難さは、ネットワークの大規模性及び複雑性により、オペレータが全ユーザの目的関数及び制約集合の形状を正しく知ることができないことにある。平成27年度では、上記の「ネットワーク資源割り当て問題」を解くことができる分散型最適化アルゴリズムとその収束解析を与えることができた。また、提案アルゴリズムを帯域割り当て問題やストレージ割り当て問題に適用し、提案アルゴリズムの有用性を数値実験によって検証した。本研究の主問題「ネットワーク資源割り当て問題」を解くための分散型最適化アルゴリズムを与えることができており、具体的なネットワーク資源割り当て問題への応用についても成功している。以上のことから、当初の予定通り、本研究はおおむね順調に進展している。このような2つの状況を勘案した「ネットワーク資源割り当て問題」を解く困難さは、ネットワークの大規模性及び複雑性により、オペレータが全ユーザの満足度関数及び制約集合の形状を正しく知ることが出来ないことにある。本研究の目的は、各ユーザの固有情報(各ユーザの満足度関数と制約集合)と隣接ユーザから送信される情報のみを利用して構成される分散型最適化アルゴリズムを開発し、「ネットワーク資源割り当て問題」を解くことである。平成28年度では、「ネットワーク資源割り当て問題」の制約集合が、ある計算可能な非拡大写像の不動点集合と一致することを示し、幾つかの「分散型不動点アルゴリズム」を開発することに成功した。本研究の主問題「ネットワーク資源割り当て問題」を解くための「分散型不動点アルゴリズム」について与えることが出来ている。特に、平成27年度の成果を発展させたアルゴリズムである、準非拡大写像(非拡大写像よりも弱い性質をもつ写像)を利用することができる分散型近接点法及び分散型劣勾配法の開発に成功している。これらの結果により、より広いクラスのネットワーク資源割り当て問題に適用することが可能となる。大規模かつ複雑なネットワークを管理する運用者(オペレータ)は、ネットワークの安全性及び高信頼性を実現するために、限られたネットワーク資源を大多数のネットワーク利用者(ユーザ)に公平に割り当てる必要がある。平成29年度では、「ネットワーク資源割り当て問題」を一般化した制約付き最適化問題を解くための分散型最適化アルゴリズムの開発に成功した。これらの成果は、平成30年度から開始予定の研究課題「確率的不動点最適化アルゴリズムとアンサンブル学習への応用」(基盤研究(C): 18K11184)に現れる確率的凸最適化問題を解決するためのアイデアにもなっている。平成27年度の研究成果を発展させる。例えば、各ユーザの満足度関数が非凸のときの「ネットワーク資源割り当て問題」を考察し、その問題を解くための最適化アルゴリズムを考案する。最新の非凸最適化に関する論文を調査しながら、研究を進める予定でいる。平成28年度の研究成果を発展させる。例えば、確率的勾配法や確率的近接点法といった手法は大規模問題を解く上で有用な手法であるので、「ネットワーク資源割り当て問題」を解くための確率的不動点最適化アルゴリズムが考案可能かどうか検討する。

平成29年度では、最新の確率的手法に関する論文や図書を調査しながら研究を進める予定でいる。最適化理論当初予定していた研究会や国際会議への参加が困難な状況となったため。当初予定していた研究会や国際会議への参加が困難な状況となったため。国内学会に参加する予定であり、次年度使用額をその旅費に充てる。国際会議(7月)に参加する予定であり、次年度使用額をその旅費に充てる。
統合失調症の病態発生因子としてのミクログリアの機能解析

活性化ミクログリアが統合失調症初発患者脳で確認されたことから、ミクログリアの活性化を惹起する脳内因子の賦活が統合失調症の病態早期に起こると考えられた。そこで、本研究では統合失調症の病態早期におけるミクログリア活性化の仕組みを解明することを目的として、ミクログリアが特異的に緑色蛍光タンパク質を発現する遺伝子改変マウスの胎仔を、poly(I:C)に感染させることで統合失調症マウスモデルを作製した。さらに、それに独自の蛍光機能プローブを投与することにより、炎症反応過程の初段階におけるカスパーゼ1によるIL-1β前駆体からのIL-1βのプロセシングを、二光子励起レーザ走査型顕微鏡を用い画像化した。平成23年度は、統合失調症の培養脳スライスモデルを調製し、そこでの炎症反応の生起に伴うミクログリアでの遺伝子発現変化を解析することによって、ミクログリアの活性化に関与する脳内因子の探索を行った。初めに、ミクログリア特異的に緑色蛍光タンパク質(EGFP)を発現する遺伝子改変マウス(IbaI-EGFPマウス)の胎仔を、polyriboinosinic-polyribocytidilic acid(poly(I:C))に感染させ統合失調症マウスモデル(EGFP-Schiマウス)を作製し、その若年個体脳より脳スライス培養系を調製した。ここでは、申請者ら独自の蛍光機能プローブを、調製した培養系に導入することにより、IL-1β前駆体からIL-1βを生成するカスパーゼ1の酵素活性を、生組織中でリアルタイムにイメージングし、ミクログリア活性化に先立つ炎症反応の惹起を検出した。ここで、炎症反応の初段階におけるカスパーゼ1の賦活と、それに続くIL-β産生に伴う蛍光機能プローブからの蛍光を検出した直後に、laser capture microdissection(LCM)によりミクログリアを分離し、DNAマイクロアレイを用いて、ミクログリアでの遺伝子発現変化を解析した。本研究ではDNAマイクロアレイでの解析結果に基づき、ミクログリアの活性化を誘引する炎症性因子の探索を行った。次に、23年度は、申請者らの統合失調症患者でのPETによるミクログリアの脳内動態解析の結果、顕著なミクログリアの活性化を認めた内側前頭前野等の脳領域について、EGFP-Schiマウスの脳スライスで、電子顕微鏡による形態学的解析とパッチクランプ法による神経回路解析を行った。ここでは、ミクログリア近傍の局所神経回路を刺激あるいは抑制することによる活性性化ミクログリアの挙動変化を、脳スライスで蛍光顕微鏡下に解析した。統合失調症病態脳における可溶性FKN産生の低下は、ミクログリア活性化に先だって生じることが報告されているので、poly I:Cマウスにて、精神症状の行動学的解析を行いつつ、上記MRIによる可溶性FKN産生in vivoイメージングとを併せて行い、発症超早期のマウス脳スライスを調製した。その超早期poly I:Cマウスの脳組織から、レーザーマイクロダイセクション法(LMD法)によりニューロンとミクログリアを採取し、それら細胞での遺伝子発現をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析した。また、FKN-CX3CR1情報伝達系、CD200-CD200R情報伝達系の阻害は、ニューロンにおけるFKNとCD200、ミクログリアにおけるCX3CR1とCD200Rの発現減少もしくは機能低下等に起因するので、それら遺伝子の転写調節因子、及び、受容体結合タンパク質の探索を、免疫沈降、プルダウンアッセイ、蛍光相関分光法(FCS)等によって行い、それを上記DNAマイクロアレイの解析結果と照合した。加えて、採取したニューロンとミクログリアから核画分を調製し、FKN、CD200、CX3CR1、CD200Rに関連するトランスクリプトーム・メチローム解析を行うことにより、関連分子を検索した。ITAM-Syk情報伝達系はITIM情報伝達系と拮抗的に機能し、TREM2やSIRPβ1等の膜受容体にリガンドが結合することで賦活するが、統合失調症病態脳にてミクログリア活性化を惹起する内因性リガンドはまだ分かっていない。そこで本研究では、polyI:Cマウスより発症超早期の脳組織を調製し、TREM2とSIRPβ1に結合する内因性リガンドをアフィニティクロマトグラフィ/質量分析等で探索した。1.ミクログリアの活性化を誘引する炎症性因子の探索を行った。当該培養系ではミクログリアが特異的にEGFPを発現しているので、炎症反応の初段階におけるカスパーゼ1の賦活と、それに続くIL-1β産生に伴う蛍光機能プローブからの蛍光を検出した直後に、laser capture microdissection (LCM)によりミクログリアを分離し、DNAマイクロアレイを用いて、ミクログリアでの遺伝子発現変化を解析した。続いて、DNAマイクロアレイでの解析結果に基づき、ミクログリアの活性化を誘引する炎症性因子の探索を行い、多くの候補遺伝子を得た。

2.ミクログリア活性化の神経活動依存性の電気生理学的基盤の解明として、申請者らの統合失調症患者でのPETによるミクログリアの脳内動態解析の結果、顕著なミクログリアの活性化を認めた内側前頭前野等の脳領域について、EGFP-Schiマウスの脳スライスで、電子顕微鏡による形態学的解析とパッチクランプ法による神経回路解析を行った。また、ミクログリア近傍の局所神経回路を刺激あるいは抑制することによる活性性化ミクログリアの挙動変化を、脳スライスで蛍光顕微鏡下に解析を行った。それにより、当該脳領域における活性化ミクログリア・ニューロン相関の形態学的基礎と、ミクログリア活性化の神経活動依存性の電気生理学的基盤をあきらかとすることができた。3.成熟EGFP-Schiマウスにおいて、ミクログリアの活性化を惹起する脳内因子の探索を行い、このモデルの特異的な神経活動の賦活あるいは抑制が、ミクログリアを活性化する仕組みを解明した。さらに、それらのin vivo解析によりミクログリアの活性化や神経活動の変動等との関連が示唆された脳内因子を分子標的とする、統合失調症の早期診断及び治療のための基礎的な知見を得た。IL-β前駆体からIL-1βを生成するカスパーゼ1の酵素活性を、生組織中でリアルタイムに画像化するための蛍光機能プローブを創製することができたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。初期計画に基づき、本年度は、ミクログリアの活性化を誘引する炎症性因子の探索を行い、ミクログリアでの遺伝子発現変化を解析した。続いて、その結果に基づき、ミクログリアの活性化を誘引する炎症性因子の探索を行い、多くの候補遺伝子を得た。また、統合失調症患者でのPETによるミクログリアの脳内動態解析の結果、顕著なミクログリアの活性化を認めた内側前頭前野等の脳領域について、EGFP-Schiマウスの脳スライスで、電子顕微鏡による形態学的解析とパッチクランプ法による神経回路解析を行い、また、ミクログリア近傍の局所神経回路を刺激あるいは抑制することによる活性性化ミクログリアの挙動変化を、当該脳領域における活性化ミクログリア・ニューロン相関の形態学的基礎と、ミクログリア活性化の神経活動依存性の電気生理学的基盤をあきらかとすることができた。また、成熟EGFP-Schiマウスにおいて、ミクログリアの活性化を惹起する脳内因子の探索を行い、このモデルの特異的な神経活動の賦活あるいは抑制が、ミクログリアを活性化する仕組みを解明した。以上の事より、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。今後は、まず、EGFP-Schiマウスにおいて、ミクログリアの活性化を惹起する脳内因子の探索を行い、続いて、統合失調症特異的な神経活動の賦活あるいは抑制が、ミクログリアを活性化する仕組みを解明する。さらに、それらのin vivo解析により、統合失調症罹患脳に特異的なミクログリアの活性化や神経活動の変動等との関連が示唆された脳内因子を分子標的とする、統合失調症の早期診断及び治療のための基礎的な知見を得る。
水溶液中における有害芳香族化 合物の酸化的分解と資源化

N-ヘテロ環状カルベンを含む3座配位子BPIm (1,3-bis(2-pyridylmethyl)imidazole-2-ylidene)とbpy (2,2"-bipyridine)を有するルテニウム(II)-アクア錯体を触媒、(NH4)2[Ce(NO3)6] (CAN)を酸化剤として、酸性水溶液中で、分散しているベンゼンおよびその誘導体、さらには多環芳香族化合物の芳香環を酸化的に分解し、ギ酸及びカルボン酸を得る方法を見いだし、その反応系における適用範囲の策定と反応機構の解明を行った。ベンゼンは効率よくギ酸に酸化され、その同じ溶液のpHを3.3に調整し、既報のRh(III)錯体を触媒として添加すると、水素が得られた。基質のベンゼン誘導体として、ベンジル位に比較的弱いC-H結合を有するエチルベンゼンを用いた場合、驚くべきことに、ベンジル位の酸化は進行せず、ギ酸とプロピオン酸が触媒的に生成した。その他、ナフタレン、アントラセンも酸化的に分解され、水素源となるギ酸を与えた。これらの結果は、環境汚染物質である水中に分散した芳香族化合物からエネルギー源としての水素を触媒的に取り出せることを意味している。反応機構として、酸化活性種であるRu(III)-オキシル錯体が芳香環を求電子的に攻撃し、ベンゼンオキシドを経由して、さらに酸化反応が進行してムコンアルデヒド及びムコン酸が生成する。これらの生成物がさらに酸化されて、ギ酸を生成することがわかった。一方、ベンセン酸化分解の副反応経路として、1,4-ベンゾキノンを経由するパスが存在することも明らかとなった。本成果は、ACS Catal. 2019, 9, 671-679として発表した。1.Ru(II)-NHC錯体を触媒とするベンゼンの酸化分解反応系においては、電子吸引基が結合しているベンゼン誘導体の酸化分解は効率よく進行しない。昨年度、新規Pd(II)-NHC錯体を合成し、そのキャラクタリゼーションを行った。そのPd(II)錯体を触媒、オキソン(KHSO4・K2SO4・KHSO5)を酸化剤として用いることにより、pH2の水溶液中で、効率よくジクロロベンゼンなどの電子不足芳香族化合物の酸化的分解が進行することを明らかにした。反応効率として、ベンセン<クロロベンゼン<m-ジクロロベンゼン<p-ジクロロベンゼン<o-ジクロロベンゼンの順にギ酸生成反応の触媒回転数(TON)が上昇した。さらに、o-ジクロロベンゼンの酸化過程において、モノクロロキノンが中間体として生成することが、反応液のEI-MSスペクトル測定により明らかとなった。また、Pd(II)-NHC錯体とオキソンとの反応において、LPd(II)-OOSO3錯体の生成が、ESI-TOF-MSスペクトル測定により示唆された。2.最近、Pd(II)-NHC錯体とオキソンの組み合わせに、Ce(IV)塩を助触媒として加えることにより、これまで酸化困難であったフッ化ベンゼン誘導体が酸化的に分解され、ギ酸を生成することが明らかとなった。Pd(II)-NHC錯体を触媒、オキソンを酸化剤とする酸性水溶液中における電子吸引基を有する芳香族化合物の酸化的分解について、速度論的考察を加えて反応機構の解明を目指す。触媒反応の初期速度に関して、基質、触媒、及び酸化剤の各濃度に対する依存性を検討する。また、反応中間体および酸化活性種のキャラクタリゼーションを行い、反応機構に関する詳細を明らかにする。さらに、最近見いだされたCe(IV)塩を助触媒とするフッ化ベンゼン類の酸化的分解反応について、その適応範囲の策定と反応機構に関する速度論的検証を行う。特に、Ce(IV)イオンがどのように反応に関与し、酸化困難なフッ化ベンゼン誘導体を酸化しているのかについて、できる限りの知見を得る。

一方、ベンセン酸化分解の副反応経路として、1,4-ベンゾキノンを経由するパスが存在することも明らかとなった。本成果は、ACS Catal. 2019, 9, 671-679として発表した。1.Ru(II)-NHC錯体を触媒とするベンゼンの酸化分解反応系においては、電子吸引基が結合しているベンゼン誘導体の酸化分解は効率よく進行しない。昨年度、新規Pd(II)-NHC錯体を合成し、そのキャラクタリゼーションを行った。そのPd(II)錯体を触媒、オキソン(KHSO4・K2SO4・KHSO5)を酸化剤として用いることにより、pH2の水溶液中で、効率よくジクロロベンゼンなどの電子不足芳香族化合物の酸化的分解が進行することを明らかにした。反応効率として、ベンセン<クロロベンゼン<m-ジクロロベンゼン<p-ジクロロベンゼン<o-ジクロロベンゼンの順にギ酸生成反応の触媒回転数(TON)が上昇した。さらに、o-ジクロロベンゼンの酸化過程において、モノクロロキノンが中間体として生成することが、反応液のEI-MSスペクトル測定により明らかとなった。また、Pd(II)-NHC錯体とオキソンとの反応において、LPd(II)-OOSO3錯体の生成が、ESI-TOF-MSスペクトル測定により示唆された。2.最近、Pd(II)-NHC錯体とオキソンの組み合わせに、Ce(IV)塩を助触媒として加えることにより、これまで酸化困難であったフッ化ベンゼン誘導体が酸化的に分解され、ギ酸を生成することが明らかとなった。Pd(II)-NHC錯体を触媒、オキソンを酸化剤とする酸性水溶液中における電子吸引基を有する芳香族化合物の酸化的分解について、速度論的考察を加えて反応機構の解明を目指す。触媒反応の初期速度に関して、基質、触媒、及び酸化剤の各濃度に対する依存性を検討する。また、反応中間体および酸化活性種のキャラクタリゼーションを行い、反応機構に関する詳細を明らかにする。さらに、最近見いだされたCe(IV)塩を助触媒とするフッ化ベンゼン類の酸化的分解反応について、その適応範囲の策定と反応機構に関する速度論的検証を行う。特に、Ce(IV)イオンがどのように反応に関与し、酸化困難なフッ化ベンゼン誘導体を酸化しているのかについて、できる限りの知見を得る。昨年度は、一昨年度に合成した配位子やルテニウム錯体のストックがあり、想定していた合成用試薬類の購入量が低かったことが要因で、出費が抑えることが出来た。このため、今年度は、150万円程度の備品の購入が可能となったため、キセノンランプを購入し、光駆動型の酸化触媒系の構築に展開していきたいと考えている。
日本と南米太平洋側の新第三紀イベント:その年代と性格

本研究者らによる1985年以来の南米太平洋側における国際学術研究野外調査の結果、新第三紀の海水温変化に関する3つの大きなイベントが日本と南米で同時に起こっている可能性を見出した。そこで、平成2ー3年度はペル-とチリに焦点をしぼり、これまでの現地での採取試料をもとに現地研究者との共同研究をすすめ、上記質学的イベントの年代的ひろがりと性格を明らかにすることが本研究の目的である。具体的には日本側とチリ・ペル-側各3名計6名の研究組織をつくり、初年度は現地で、次年度は現地研究者を日本に招聘し、その成果は静岡で開かれた第5回太平洋地域新第三系・IGCPー246国際会議に公表され、国際共同研究の実を挙げることができた。本研究の第1の目標は日本で新第三紀中期16Maに起こった熱帯海洋気候イベントの南米における同時性の確認である。エクアドル、チリ北部では16Ma頃に暖水系浮遊性有孔虫が急増することがわかってきたが、ペル-南部の石灰質砂層カマナ層が従来年代不祥であったが、今回の研究で熱帯性大型有孔虫を多量に含む本層は浮遊性有孔虫により16Maであることが明らかとなった。この結果、南米では16Maの時期に熱帯性大型有孔虫がペル-南部まで分布を拡げていたことになる。このことは16Maの熱帯海祥気候イベントが太平洋の両側で同時であったことを裏書きするものにほかならない。しかも、当時日本ではこれも熱帯性大型有孔虫が北海道南部まで分布を拡げていたこととよく対応している。第2の目標はペル-沖で現在も顕著な湧昇流がいつから始まったかの問題である。この湧昇流が周期的に不顕著になると東アジアに異常気象をもたらすことはエル・ニ-ニョ現象として知られている。ペル-の海岸地帯の新第三系は大部分が珪藻土層から成り、それは湧昇流域の堆積物と考えられている。珪藻土層中には浮遊性有孔虫は殆ど含まず、珪藻によっておよその年代しか決められないが、始まりの年代はナンノプランクトンと浮遊性有孔虫によって17Maつまり初期中新世末から急に顕著になることが明らかになった。しかも、16Maには一旦温暖化するわけで、再び15Ma以降に珪藻土層は卓越するようになる。15Ma以降に珪藻土層の堆積が顕著になることは米国太平洋側でも東北日本でもすでによく知られており、それは南極氷床の発達に関連すると考えられている。珪藻土層中には周期的に泥質ないし石灰質層がはさまれるが、我々はこれが過去のエル・ニ-ニョイベントを示すものではないかと期待し、年代決定の方法を更に検討したいと思っている。第3の目標は新第三紀末の3Ma以降に日本の固有種スウチキサゴ(巻貝の類)に見られるような加速的進化が、南半球の中緯度にはどのように存在するのかの問題である。これについては新第三紀末以降の冷温化に伴う中緯度固有種の環境への適応ではないかと推測し、特にチリ北部ペル-南部の現生貝類群を調査した。その結果、チリ北部に固有の現生キリガイダマシの類Turritella cingulataが分布しているが、その祖先型がチリ北部のケブラ-ダ・ブランカの地層にかなり連続して産出することがわかった。この系統はTurritella cingulatiformisとされたもので、連続する層序から3Ma頃のもの2層準、0.3Maと思われる高位段丘堆積物からのもの1つを加えると、明らかに同一系統の種群であることがわかる。そうして、3Maから現生種まで4段階、まだ十分とはいえないが、平均して0.7m.y.ごとの加速的進化を示していることがわかった。このような加速的進化はニュ-ジ-ランドの貝類群ではすでにいくつか知られており、日本、チリ北部、ニュ-ジ-ランドと何れも中緯度地域という共通地域で認められたことはきわめて興味深い事実で、まさに環境変化の大きい中緯度地域に特徴的にあらわれたイベントと考えてよい。以上、太平洋の両側に見られる新第三紀の海水温変化のイベントをとりあげ、それに焦点をあてて検討をすすめてきた。新第三紀中期16Maの熱帯海洋気候イベントにいても新第三紀末以降の固有種に見られる加速的進化イベントにしても、両者は環境変化の影響を大きく受ける中緯度地域的イベントと考えることができる。エクアドル、チリ北部では16Ma頃に暖水系浮遊性有孔虫が急増することがわかってきたが、ペル-

南部の石灰質砂層カマナ層が従来年代不祥であったが、今回の研究で熱帯性大型有孔虫を多量に含む本層は浮遊性有孔虫により16Maであることが明らかとなった。この結果、南米では16Maの時期に熱帯性大型有孔虫がペル-南部まで分布を拡げていたことになる。このことは16Maの熱帯海祥気候イベントが太平洋の両側で同時であったことを裏書きするものにほかならない。しかも、当時日本ではこれも熱帯性大型有孔虫が北海道南部まで分布を拡げていたこととよく対応している。第2の目標はペル-沖で現在も顕著な湧昇流がいつから始まったかの問題である。この湧昇流が周期的に不顕著になると東アジアに異常気象をもたらすことはエル・ニ-ニョ現象として知られている。ペル-の海岸地帯の新第三系は大部分が珪藻土層から成り、それは湧昇流域の堆積物と考えられている。珪藻土層中には浮遊性有孔虫は殆ど含まず、珪藻によっておよその年代しか決められないが、始まりの年代はナンノプランクトンと浮遊性有孔虫によって17Maつまり初期中新世末から急に顕著になることが明らかになった。しかも、16Maには一旦温暖化するわけで、再び15Ma以降に珪藻土層は卓越するようになる。15Ma以降に珪藻土層の堆積が顕著になることは米国太平洋側でも東北日本でもすでによく知られており、それは南極氷床の発達に関連すると考えられている。珪藻土層中には周期的に泥質ないし石灰質層がはさまれるが、我々はこれが過去のエル・ニ-ニョイベントを示すものではないかと期待し、年代決定の方法を更に検討したいと思っている。第3の目標は新第三紀末の3Ma以降に日本の固有種スウチキサゴ(巻貝の類)に見られるような加速的進化が、南半球の中緯度にはどのように存在するのかの問題である。これについては新第三紀末以降の冷温化に伴う中緯度固有種の環境への適応ではないかと推測し、特にチリ北部ペル-南部の現生貝類群を調査した。その結果、チリ北部に固有の現生キリガイダマシの類Turritella cingulataが分布しているが、その祖先型がチリ北部のケブラ-ダ・ブランカの地層にかなり連続して産出することがわかった。この系統はTurritella cingulatiformisとされたもので、連続する層序から3Ma頃のもの2層準、0.3Maと思われる高位段丘堆積物からのもの1つを加えると、明らかに同一系統の種群であることがわかる。そうして、3Maから現生種まで4段階、まだ十分とはいえないが、平均して0.7m.y.ごとの加速的進化を示していることがわかった。このような加速的進化はニュ-ジ-ランドの貝類群ではすでにいくつか知られており、日本、チリ北部、ニュ-ジ-ランドと何れも中緯度地域という共通地域で認められたことはきわめて興味深い事実で、まさに環境変化の大きい中緯度地域に特徴的にあらわれたイベントと考えてよい。以上、太平洋の両側に見られる新第三紀の海水温変化のイベントをとりあげ、それに焦点をあてて検討をすすめてきた。新第三紀中期16Maの熱帯海洋気候イベントにいても新第三紀末以降の固有種に見られる加速的進化イベントにしても、両者は環境変化の影響を大きく受ける中緯度地域的イベントと考えることができる。南米太平洋側のチリ、ペル-両国の新第三系に焦点をしぼり、これまで1985年以来すすめてきた浮遊性微化石、特に浮遊性有孔虫と珪藻による高精度の地層年代決定の総括をすすめた。
大腸菌蛋白質膜透過系のキーエンザイムSecAの構造と機能

大腸菌の蛋白質膜透過系において、中心的役割を果たしているのが膜表在性のSecA蛋白質である。SecAは蛋白質膜透過が阻害を受けると、その存在量が10倍以上に増加することが知られている。SecAには、膜透過型前駆体蛋白質と結合する活性があり、シャペロン様蛋白質とも考えられている。正常細胞ではSecA蛋白質が自身の発現のリプレッサーとなっていると考えられている。しかし、蛋白質膜透過系に欠陥が生じると、どういう機構でリプレッサーとして機能しなくなるかについては不明である。これらの点を明らかにするためには、SecAの構造と機能の詳細な解明が必要である。本研究は、SecAの構造と機能を明らかにするために、変異SecAの作成とその機能解析を行い以下の成果を得た。(1)ヒスチジン残基を化学修飾したSecAは、蛋白質膜透過活性が阻害されることを明らかにした。(2)SecAの重要な機能はN-末端に局在している。この領域にPCR法でランダムに変異を起こさせた。(3)変異SecA(プラスミド)の発現が野生型SecA(染色体)の機能を阻害する結果生育阻害を示す変異SecAを分離精製した。(4)in vitro膜透過実験系で変異SecAの機能を解析した結果、すべての変異体が膜透過活性を失っており、また野生型SecAの機能を競争的に阻害することを見いだした。(5)変異SecAの3種についてどの部位に変異が生じているかを明らかにし、機能に重要なアミノ酸残基を同定した。
「社会の平穏を害する罪」の現代的再構築

本研究はドイツやオーストリアに見られる「社会の平穏を害する罪」を現代社会にふさわしい形で再構成し、日本での新たな立法提言の足掛かりとするものであり、そのアプローチは1歴史研究を前提とした比較法研究を行うこと、および2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析という2つの側面から構成されている。平成30年度は、1歴史研究を前提とした比較法研究に関連しては、本研究をさらに発展させる目的で在外研究を行うために、科学研究費国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)から研究助成を受けることが可能になり(「「公共の秩序に対する犯罪行為」の比較法的検討」(課題番号17KK0051))、これに基づいて平成31年度にドイツ連邦共和国・エアランゲン=ニュルンベルク大学のイェーガー教授の下で集中的にドイツの「公共の秩序に対する犯罪行為」に関しての研究を行うことになった。平成30年9月にそのための準備としてドイツに渡航し、イェーガー教授との在外研究に関する打ち合わせを行い、あわせてエアランゲン=ニュルンベルク大学で資料収集を行った。2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析に関しては、とりわけ研究課題の中心としたい「公務に対する業務妨害罪」に関して、その中でもとりわけ問題があると考えている「警察の通常業務に対する業務妨害罪」について、その理論的問題点を今一度再確認する論考(「虚偽犯罪予告行為と業務妨害罪・再論」法政研究85巻3・4合併号)を発表し、その際に「公務に対する業務妨害罪」が問題となった判例のリストを添付した。日本の業務妨害罪の濫用傾向については、その当罰性の点からの反論を封じる必要があるため、業務妨害罪の立法趣旨の観点からの理論的限定、もしくは当罰性のある行為を業務妨害罪から外すべき利点を刑事立法についての理論的観点で説明する方向性を模索している。平成30年度においては、1歴史研究を前提とした比較法研究の側面に関しては、ドイツに渡航して資料収集を進めることができただけではなく、平成31年度に予定されている在外研究のための打ち合わせも進めることができたので、研究成果をまとめて公表する段階にまではまだ至らないものの、順調に進めることができているといえる。また2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析の側面に関しては、本研究が問題視すべきと考えている「警察の通常業務に対する業務妨害罪の成否」に関して論文を公表することはできた(「虚偽犯罪予告行為と業務妨害罪・再論」法政研究85巻3・4合併号)ので、あとは比較法的視野および理論的刑事立法の観点からの提言を行う方向へとまとめていく予定であり、順調に進行しているといえる。研究の最終年度である平成31年度に向けて、いよいよ比較法的観点からの「社会の平穏を害する罪」の歴史的経緯およびその立法的意義を調査・検討し、日本に新たな領域における刑事立法の提言を行うことで、単純に「刑法解釈論上の業務妨害罪に関する問題点の解決」という「解釈論上の理論提供」にとどまらない、「刑事立法のあり方としての限界線の理論的提示」という、「立法論上の理論提供」をも射程に含めた成果を提供することが方向性として求められると考えている。まずその前提として1歴史研究を前提とした比較法研究の側面に関して、ドイツ等に既に存在している一方で日本に求められるべき処罰規定の内容を明らかにしつつ、それを踏まえて2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析という観点から「解釈論で無理に何とかするのではなく、立法論で対応すべき場合」がどのような場合か、そしてどう対応すべきなのかの提言を行うことを目指すべきものと考えている。平成28年度は、研究実施計画の上では1歴史研究を前提とした比較法研究については、ドイツの「公共の秩序に対する犯罪行為」の章におけるいくつかの犯罪類型に関する立法資料を収集することを予定していた。これについては関連するドイツ文献の購入を進めることはできたものの、ドイツに渡航する時間がどうしても確保できず、現地での資料収集の必要が課題として残った。他方で、ドイツの刑事法制史に関する文献の研究会を頻繁に開催し、近代刑事法制史の全体の流れを明らかにすることを進めている。その中では、ドイツ刑法典の各則の中でも「公共の秩序に対する犯罪行為」の章が異質なものであることが明らかになりつつある。また2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析に関しては、首相官邸にドローンを落下させた事例に対して業務妨害罪を認めた事例(東京地裁平成28年2月16日判決)など、「業務妨害罪」を「社会の平穏への攻撃行為」に対して代替的に運用する(本研究の観点からは問題のある)事例が現れており、既発表論文「虚偽犯罪予告行為と業務妨害罪」(浅田和茂ほか編『自由と安全の刑事法学生田勝義先生古稀祝賀論文集』(2014年))以後の状況についての判例・学説状況を検討している段階である。初年度は、1歴史研究を前提とした比較法研究の側面に関しては、当初から資料収集に徹する予定であったので、その限りで計画上の遅れはない。ただしドイツでの現地資料収集ができなかった点は、時間的都合がつかなかったという事情もあるものの、次年度に向けての課題となった。

また2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析の側面に関しては、とりわけ業務妨害罪に関する最近の判例動向について確認し、またこのような最近の「社会の平穏への攻撃行為」に対する業務妨害罪の運用についての論考もいくつか参照出来てはいるが、論文の形にまとめるまでには至らなかった。この点で計画にやや遅れがあることになり、次年度に具体的業績としてまとめる必要がある。本研究はドイツやオーストリアに見られる「社会の平穏を害する罪」を現代社会にふさわしい形で再構成し、日本での新たな立法提言の足掛かりとするものであり、そのアプローチは1歴史研究を前提とした比較法研究を行うこと、および2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析という2つの側面から構成されている。平成29年度は、研究実施計画の上では1歴史研究を前提とした比較法研究については、ドイツに渡航する時間がやはりどうしても確保できなかったものの、ドイツ刑法典126条(「犯罪の脅迫による公共の平穏の妨害」罪)の1976年の大幅な改正に関する資料をある程度集めることができ、これについて報告して論文にまとめる準備ができつつある。また、1871年ライヒ刑法典制定当時の議事録およびその理由書も参照することができるようになったため、制定当時の古い規定形式の由来も明らかにできつつあるといえる。なお、同時進行で1871年ライヒ刑法典全体の制定に関する経緯を明らかにする必要が出てきており、この点についての資料収集・検討も進めている。また2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析に関しては、業務妨害罪の判例リストの作成を行っており、次年度に向けてこれに関する論考を発表予定である。また、戦前の「安寧秩序に対する罪」の反省を踏まえての「現代的立法論」を提示する必要から、戦前の「安寧秩序に対する罪」の問題点の検討のために、当時の立法資料を収集した。平成29年度においては、1歴史研究を前提とした比較法研究の側面に関しては、ドイツに渡航することはできなかったものの、その分だけ日本で可能な限りの資料収集に集中することができたため、「犯罪の脅迫による公共の平穏の妨害罪」(ドイツ刑法126条)に関連する諸資料(およびその背景となる1871年ライヒ刑法典全体の立法資料)を多く集めることができ、結果的に論文にまとめるまでの準備が整ったといえる。また2日本における当該加害行為に関する現状の問題分析の側面に関しては、「業務妨害罪」の資料は収集でき、論文作成のための準備が整ったといえる。また関連して「安寧秩序に対する罪」の資料も準備できつつある。
ヒト栄養膜細胞の機能的分化を担う分子に関する基礎的研究

本研究では、胎盤を構成する主要な細胞である栄養膜細胞の1)絨毛性の栄養膜細胞(villous trophoblast ; VT)と絨毛外栄養膜細胞(extravillous trophoblast ; EVT)への分化に関わる分子及び絨毛を形成する栄養膜細胞において細胞性栄養膜(Cytotrophoblast ; CT)から合胞層栄養膜(syncytiotrophoblast ; ST)への合胞化に関わる分子をヒト絨毛から分離した絨毛細胞を用い、発現の差を見ることで明らかにすることであった。当研究機関の倫理委員会の承認と患者様のインフォームドコンセントを得て行った。Grahamら(1992年)の方法を用いて妊娠初期絨毛から分離したEVTとKliemanら(1986年)の方法により妊娠満期胎盤の絨毛より分離したCTとSTを実験に用いた。磁気利用細胞分離装置のnegative selectionにより、マクロファージと繊維芽細胞を除去して栄養膜細胞の純度を上げてmRNAを抽出した。細胞を培養する際の酸素濃度を変化させ、VTでは20%の酸素濃度でEVTは5%の酸素濃度で培養した。分離したmRNAから遺伝子増幅装置にてcDNAを合成し、それらを用いてdifferential display法(DD法)にて、1)EVTとVT(CT)とに発現に際のあるcDNAと2)CTとSTとに発現の差のあるcDNAのいくつかに注目して塩基配列をシークエンサーで明らかにして、すでに報告されている分子の塩基配列とコンピュータを用いて解析した。研究代表者の辞職により、解析の途中で研究の廃止となり、発現に差があり、生理学的意義のある遺伝子の同定には至らなかった。当研究機関の倫理委員会の承認と患者様のインフォームドコンセントのもとに、Grahamら(1992年)の方法を用いて妊娠初期絨毛より分離したEVT及びKliemanら(1986年)の方法により妊娠満期胎盤の絨毛よりCT及びSTを分離した。磁気利用細胞分離装置を用いたnetative selectionにより混入の可能性のあるマクロファージと繊維芽細胞を除去して、純度の高い栄養細胞として、そこからmRNAを抽出した。なお、栄養膜細胞は培養する酸素濃度によって細胞の性質がかわることが知られており、培養の気相の酸素分圧を変化させてVTでは20%酸素で、EVTでは5%酸素濃度の条件下で培養した。分離したmRNAから遺伝子増幅装置を用いてcDNAを合成し、それらを用いてdifferential display法(DD法)にて、EVTとVT(CT)との発現の差異及びCTとSTの差異を現在比較している。発現に差の認められたいくつかの遺伝子に関して、現在塩基配列をシークエンサーを明らかにし、すでに報告されている分子の塩基配列をコンピュータを用いて解析中であり、今後妊娠週数のことなる胎盤組織での発現を比較し、in vitroの増殖、浸潤、および合胞化のモデル実験系を用いて生理学的意義を明らかにする予定である。
超伝導単一磁束量子回路によるハードウェア乱数生成器とストカスティック演算への応用

本研究では、超伝導体の単一磁束量子演算回路による物理乱数生成器、およびその乱数生成器を用いたストカスティック論理演算回路の実験的な検証を、Nb/AlOx/Nbジョセフソン接合を用いた超伝導集積回路により行うことを目的としている。単一磁束量子回路はその高速・低消費電力性から信号処理回路への応用が期待されており、素子数の少ない回路で演算可能なストカスティック論理方式を利用することで、ソフトコンピューティングなどに適用可能なハードウェアコストの低い情報処理回路としての応用が期待される。研究初年度としての本年度は、プロトタイプの超伝導物理乱数生成器の数値解析・設計・チップ試作までを主に実施した。乱数生成器の設計では、熱雑音による回路の揺らぎが乱数取得に有効に機能するかを、熱雑音を含む数値解析によって十分な検証を行った。特に、分周器入力のSFQパルス列生成を行うジョセフソン発振器に加えるバイアス抵抗の熱雑音や、乱数取得トリガー入力ラインに存在する抵抗などの値を調整することで、乱数が得られることを確認し、どのような品質の乱数が取得できるかについての知見が得られている。超伝導集積回路のレイアウト設計では、産業技術総合研究所のチップファンダリ用の回路設計を行い、回路パラメータを変化させた複数の乱数生成器を集積化した超伝導チップの入手を完了している。当初予定していたチップの計測は、次年度前半に実施することとした。研究初年度は、超伝導物理乱数生成器の数値解析・設計・チップ試作・測定を主に行うことを予定としていた。SFQディジタル回路のフリップフロップとANDゲートからなるプロトタイプの物理乱数生成器の回路設計を実施し、産業技術総合研究所のチップファンダリを利用したNb/AlOx/Nb集積回路のレイアウト設計を経て、チップ入手までを行った。測定は寒剤の液体ヘリウムが需給悪化により当該年度に入手することができず、当初より少し遅れ2019年度前半に実施することとしている。一方、熱雑音による回路の揺らぎが乱数取得に有効に機能するかを、熱雑音を含む数値解析によって十分な検証を行ってきた。特に、分周器入力のSFQパルス列生成を行うジョセフソン発振器の熱雑音による揺らぎや、乱数取得トリガー入力ラインに遅延ラインを挿入することでタイミングジッターを増加させ、どのような品質の乱数が取得できるかを数値解析により明らかにした。この知見について当該年度は発表できなかったが、2019年度に国内外の学会への投稿を予定している。以上のことから、当初予定していたチップ計測までは実施できなかったものの、チップ試作までは実施しており、計画の80%位まで到達できたものと考えている。ただし、2019年度前半に計測を実施できる見通しが得られているため、軽微な遅れと考えており、表記の区分(3)となったものの、計画から大きく外れる状況ではない。本年度前半は、昨年度入手を行った物理乱数生成器の超伝導チップの測定を実施し、その基本的な動作検証を実施する。昨年度後半から寒剤である液体ヘリウムの需給が悪化しており、入手が困難な状況が続いている。このことが昨年度後半に計測ができなかった理由であるが、需給状況の今後の見通しは得られていない。そこで、低温の測定においてはヘリウムリサイクルを実施している他大学の協力を得て、学外での計測を行うことを予定している。測定では、物理乱数生成器からのSFQパルスをSFQ/DC変換回路によって比較的低速(1MHz程度)の信号パルスに変換したものをデータ収集し、得られた乱数の品質を解析を行う。昨年度に購入した内蔵メモリ容量の大きなデジタルオシロスコープにより、長い信号シーケンスを取得できることが可能となっている。これらの測定結果を踏まえ、次の計画を実施する予定となっており、順調であれば物理乱数生成器の高速化とその計測を実施するためのオンチップ高速テスト回路を付加した回路を設計し、チップファンダリによる試作へと進みたいと考えている。一方、物理乱数生成器の高速化についていくつかの新規な回路構成も考えており、数値解析による設計と検証を継続的に実施することとする。昨年度得られた物理乱数生成器の数値解析結果を踏まえ、国内外での発表や論文投稿を予定している。また本年度実施する測定結果についても、学会を通じて公表を行っていく予定である。

当初予定していたチップの計測は、次年度前半に実施することとした。研究初年度は、超伝導物理乱数生成器の数値解析・設計・チップ試作・測定を主に行うことを予定としていた。SFQディジタル回路のフリップフロップとANDゲートからなるプロトタイプの物理乱数生成器の回路設計を実施し、産業技術総合研究所のチップファンダリを利用したNb/AlOx/Nb集積回路のレイアウト設計を経て、チップ入手までを行った。測定は寒剤の液体ヘリウムが需給悪化により当該年度に入手することができず、当初より少し遅れ2019年度前半に実施することとしている。一方、熱雑音による回路の揺らぎが乱数取得に有効に機能するかを、熱雑音を含む数値解析によって十分な検証を行ってきた。特に、分周器入力のSFQパルス列生成を行うジョセフソン発振器の熱雑音による揺らぎや、乱数取得トリガー入力ラインに遅延ラインを挿入することでタイミングジッターを増加させ、どのような品質の乱数が取得できるかを数値解析により明らかにした。この知見について当該年度は発表できなかったが、2019年度に国内外の学会への投稿を予定している。以上のことから、当初予定していたチップ計測までは実施できなかったものの、チップ試作までは実施しており、計画の80%位まで到達できたものと考えている。ただし、2019年度前半に計測を実施できる見通しが得られているため、軽微な遅れと考えており、表記の区分(3)となったものの、計画から大きく外れる状況ではない。本年度前半は、昨年度入手を行った物理乱数生成器の超伝導チップの測定を実施し、その基本的な動作検証を実施する。昨年度後半から寒剤である液体ヘリウムの需給が悪化しており、入手が困難な状況が続いている。このことが昨年度後半に計測ができなかった理由であるが、需給状況の今後の見通しは得られていない。そこで、低温の測定においてはヘリウムリサイクルを実施している他大学の協力を得て、学外での計測を行うことを予定している。測定では、物理乱数生成器からのSFQパルスをSFQ/DC変換回路によって比較的低速(1MHz程度)の信号パルスに変換したものをデータ収集し、得られた乱数の品質を解析を行う。昨年度に購入した内蔵メモリ容量の大きなデジタルオシロスコープにより、長い信号シーケンスを取得できることが可能となっている。これらの測定結果を踏まえ、次の計画を実施する予定となっており、順調であれば物理乱数生成器の高速化とその計測を実施するためのオンチップ高速テスト回路を付加した回路を設計し、チップファンダリによる試作へと進みたいと考えている。一方、物理乱数生成器の高速化についていくつかの新規な回路構成も考えており、数値解析による設計と検証を継続的に実施することとする。昨年度得られた物理乱数生成器の数値解析結果を踏まえ、国内外での発表や論文投稿を予定している。また本年度実施する測定結果についても、学会を通じて公表を行っていく予定である。一部の消耗品の購入時に、業者との値引き交渉において当初想定した金額より増額した値引きが得られたため、7,394円の次年度使用額が生じた。