hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
標準加群と n 標準加群の研究

与えられた代数多様体の間の射がいつエタールになるかは重要な問題である。Zariskiと永田雅宜は、f: X -> Yがネータースキームの間の擬有限な射で、Yが正則、Xが正規で、あるXの閉集合Fでcodim(F,X)≧2で、fがX - F上でエタールと仮定するとfがエタールであることを示した。このことはpurity of branch locusの名で知られている。今回、この事実は、Yがエクセレントで、ある体kについてkスキームである、という条件のもとで、fが擬有限という仮定を外すことができた。証明は完備化を経た後、加法群G_a^nの無限小作用を用いる。この点が体上のスキームであることを仮定せざるを得なかった理由であり、体上ではない場合が課題として残った。また、Rが体k上有限生成かつpositively gradedな次数付きk代数で、MとNがR上有限生成次数付き加群とするときに, M_mとN_mがR_m同型であればMとNはR加群として同型か、という問題について、肯定的であることを示した。より強く, Mのm進完備化とNのそれがR'上同型であればMとNが同型であることを示した。ここにmはRの無縁イデアルで, R'はRのm進完備化である。関連して、M_mがR_m加群として直既約であれば、Mは次数付きR加群として直既約であることも示した。この事実は次数付き加群を考察する上で、同型の問題が次数付き加群としての問題に還元されることから意味のある主張であると考える。今回得られた成果は十分満足すべきレベルに達したの結果だと考えられる一方で、この成果が標準加群、n標準加群の研究との関連で成果を産まなければ本研究課題が十分に達成されたとは言い難い。残された研究期間では、上記結果を本研究課題に応用できないかを考える。また、課題として残された体上ではない場合についても考察を加え、より完成された結果とすることを目指すことが求められていると考える。あと1年間で研究をまとめることが必要である。代数幾何学と可換環論を結びつけることが最終的な成果につながると考えられるので、この両者をよく理解している研究者との連絡を密にし、研究を行う。体上ではないケースの擬有限の仮定を除いたpurity of branch locusについて、考察を加える。標準加群の振る舞いについて研究をした。とくに、ネータースキームの間の有限型の射が平坦で(S_n)条件をみたすファイバーを持つような軌跡が開集合になるための十分条件を調べ、n=2の場合に双対化複体を持てば良いという結果を得た。この結果を用いてquasi-Gorenstein射の研究を進めることが期待できる。Quasi-Gorenstein射の定義はいく通りか候補があるが、平坦でcanonical moduleの引き戻しがcanonical moduleになるという定義でものごとがうまくいくと期待される。また、Zariski-NagataによるPurity of branch locusに関する有名な定理について、体を含むexcellent schemeなどの追加的な条件の下で、新たな別証明を得た。すなわち、f: X -> Yがネータースキームの間のquasi-finiteな射で、Yがregular, Xがnormalであれば、fのbranch locusは空か、または各既約成分のcodimensionが1以下である、という主張について、kが体、Yがkスキームでエクセレントの場合に別証明を得た。新しい証明では、Yが体上のべき級数環Aの素スペクトラムの場合に帰着し、Aの微分作用素環の作用を考える。X= Spec Bはアフィンだとしてよく、すると微分作用素の環はBに作用する。するとKaehler微分の加群Ω_{B/A}のannihilatorは微分作用素環Dの作用するイデアルとなり、全体か0になるが、0ではないことが示され、Ω_{B/A}=0となるという流れの証明であり、既存の証明とは異なるものである。標準加群に関する研究が予定通りに進んでいる。

ここにmはRの無縁イデアルで, R'はRのm進完備化である。関連して、M_mがR_m加群として直既約であれば、Mは次数付きR加群として直既約であることも示した。この事実は次数付き加群を考察する上で、同型の問題が次数付き加群としての問題に還元されることから意味のある主張であると考える。今回得られた成果は十分満足すべきレベルに達したの結果だと考えられる一方で、この成果が標準加群、n標準加群の研究との関連で成果を産まなければ本研究課題が十分に達成されたとは言い難い。残された研究期間では、上記結果を本研究課題に応用できないかを考える。また、課題として残された体上ではない場合についても考察を加え、より完成された結果とすることを目指すことが求められていると考える。平坦かつファイバーが(S_n)条件をみたすような軌跡が開集合であるような状況で、quasi-Gorensteinな準同型を考えることができると思うので、そのことを調べる。それが済めば、n標準加群について、その振る舞いを調べることが必要になってくる。また, ASLの中で特別な形のstraightening relationを持つものは有理特異点を持つであろうと予想されるので、そのことについても検討を始める。あと1年間で研究をまとめることが必要である。代数幾何学と可換環論を結びつけることが最終的な成果につながると考えられるので、この両者をよく理解している研究者との連絡を密にし、研究を行う。体上ではないケースの擬有限の仮定を除いたpurity of branch locusについて、考察を加える。いくつかの国内出張がキャンセルになったから。来年度には岡山で可換環論シンポジウムがあり、また今年度、来年度は岡山大の大学院生と共同研究をすることになり、順調に消化が見込まれるので、問題ないと考えたからである。海外に出かける計画を先延ばしにしたため、旅費として使用予定だった金額が残った。これを実行するとともに、東京、岡山の研究相手とのやりとりを行い、また必要な研究者の招聘を行うので、研究費は消化される予定である。
琉球列島産ボチョウジ属(アカネ科)3種の送粉者から探る性表現の多様化

1)沖縄島と西表島に生育するシラタマカズラ・ボチョウジ・ナガミボチョウジの花の性表現と送粉者の関係を明らかにするために、沖縄島3集団と西表島2集団にて、自然結果率の調査、雌雄性の調査、及び訪花昆虫の調査を行った。その結果、シラタマカズラには明るい場所を好むカリバチやハナバチ類、ハナアブ類が多く訪花したものの、ボチョウジ・ナガミボチョウジでは主にハエ、スズメバチやアシナガバチの仲間が訪花することが分かった。また、ボチョウジとナガミボチョウジが同所的に存在している集団においては、共通のポリネーターの存在から、自然雑種が生じている可能性が示唆された。2)ナガミボチョウジの正確な性表現を明らかにするために、沖縄島の乙羽岳、嘉津宇岳、末吉公園の3集団から花を採集し、花形態の計測と形態からの雌雄性の推定を行った。今年度は、各集団20株、各株50花を採集することにより、雌雄同株のより正確な混在状況を明らかにすることができた。また、乙羽岳の10個体については、継続的に花の性表現の調査を行い、一部の株では開花期初期には雄であるが、後半になると雌に替わっていくというフェノロジーを確認することができた。3)送粉昆虫の撮影において、新たにパソコンと連動したビデオカメラによる観察システムを導入した。現在試行段階であるが、訪花昆虫への影響を最小限にとどめる観察方法として、琉球列島のその他の植物の観察にも応用できるようさらなる改良を行う予定である。4)台湾の蘭嶼島・緑島におけるナガミボチョウジの生育形態が、琉球列島のものと大きく異なっていたため、分類学的再検討の必要も踏まえ、性表現に加えて生育形態の調査も行った。さらに調査の過程において、これまで開花の詳しい記録が残されていなかった同属コウトウボチョウジの開花を観察することができ、新たな知見として学会誌に発表を準備中である。
看護学生の麻疹・水痘・風疹・ムンプス抗体の保有状況と感染管理対策に関する研究

看護学生の臨床実習に際して、小児期流行性ウイルス疾患に対する感染管理対策および学生自身の健康管理に資することを目的に、まず平成9年度において、本研究者らは看護学生156名を対象に麻疹・水痘・風疹・ムンプスについて抗体検査を実施した。その結果、抗体検査の陽性率は、麻疹抗体(IgG ELISA法)が96.8%(151名)、水痘抗体(IgG ELISA法)が94.9%(148名)、風疹抗体(HI法)が97.4%(152名)、ムンプス抗体(IgG ELISA法)が73.7%(115名)であった。そして、これらの結果に関連して各学生の各疾患における既往歴、予防接種歴、各ウイルスに対する被爆歴等の関連性を検討したが、この中で、麻疹の既往があると答えた40名の学生においてすべて麻疹抗体が陽性であった。次に、各4疾患の原因ウイルスに対して抗体が陰性または擬陽性であった者(麻疹5名、水痘8名、風疹4名、ムンプス41名)の学生に対し予防接種を推奨してきたが、退学または休学した学生がいたため調査を継続できる対象は麻疹4名、水痘7名、風疹4名、ムンプス37名となった。そのなかで、平成11年度までに、各ウイルスに対する予防接種を受けた者の内訳は麻疹4名、水痘7名、風疹4名、ムンプス21名で、陽転した者の内訳は麻疹3名、水痘4名、風疹4名、ムンプス21名であった。また、それらの予防接種施行例(延べ36例)において、副反応を呈した症例は、水痘ワクチン接種翌日に倦怠感があったと答えたもののみであった。一方、ムンプスの予防接種を受けなかった学生にその経緯について聞き取り調査を実施した結果、「接種の必要性は理解していた。」と半数以上が答え、逆に「必要性が分からない」、「接種は必要ない」と答えたのはそれぞれ1名ずつのみであった。しかし、それらに加わる接種に至らなかった理由として、接種に対して「時間がない」、「費用がかかる」、「大丈夫だと思った」等が多い順にあげられていた。看護学生が臨床実習を行う際の、小児期流行性ウイルス疾患に対する感染管理対策の検討に資することを目的に研究に取りかかった。今年度は、看護学生に小児期流行性ウイルス疾患における自己の抗体保有状況の認識および抗体獲得の必要性、研究の主旨を説明したうえで被検者を募り、応諾した156名の学生を対象に麻疹・水痘・風疹・ムンプスについて抗体検査を実施した。一方、あらかじめ作成した問診票を用いて、これら4疾患に関する罹患歴・予防接種歴等について調査した。その結果、抗体検査の陽性率は、麻疹抗体(ELISA法)が96.8%(151名)、水痘抗体(ELISA法)が94.9%(148名)、水痘抗体(CF法)が39.7%(62名)、風疹抗体(HI法)が97.4%(152名)、ムンプス抗体(ELISA法)が73.9%(115名)であった。この中で、水痘におけるCF法とELISA法の抗体陽性率の差は55.2%あり、CF法は低価格で検査できるとはいえ、感染管理対策の指標とするには適さないといえた。また、各4疾患に対する抗体陰性および擬陽性に対して、研究者らは、学生が抗体獲得に向けて主治医および家族と十分相談の上、健康状態に留意しながら予防接種を行えるよう相談にのっている。今後、抗体陰性・擬陽性の学生の抗体保有状況の変化を追跡していく予定であり、徳に、予防接種を施行した場合には副反応の有無も含めてフォローアップしていく。なお、各疾患の抗体保有状況と罹患歴・予防接種歴等の関連性について情報分析中であり、次年度に報告する予定である。

一方、ムンプスの予防接種を受けなかった学生にその経緯について聞き取り調査を実施した結果、「接種の必要性は理解していた。」と半数以上が答え、逆に「必要性が分からない」、「接種は必要ない」と答えたのはそれぞれ1名ずつのみであった。しかし、それらに加わる接種に至らなかった理由として、接種に対して「時間がない」、「費用がかかる」、「大丈夫だと思った」等が多い順にあげられていた。看護学生の臨床実習を行う際の、小児期流行性ウイルス疾患に対する感染管理対策の検討に資することを目的に、昨年度は看護学生156名を対象に麻疹・水痘・風疹・ムシプスについて抗体検査を実施した。その結果、陰性または擬陽性であった者は麻疹(ELISA法)5名(3.2%)、水痘(ELISA法)8名(5.1%)、風疹(HI法)4名(2.6%)、ムシプス(ELISA法)41名(26.3%)であった。本研究者らはこれらの学生に予防接種を推奨した結果、後に予防接種を受けた者は麻疹3名、水痘5名、風疹2名、ムシプス20名であった。また、そのうち今年度の抗体検査で陽転した者は麻疹2名、水痘3名、風疹2名、ムシプス20名であった。一方、昨年の検査後、予防接種を受けず陽転した者は、ムンプスの1名だけであったが、今年度の抗体検査までにムシプスウイルスに被爆していないという認識であった。本研究者らは各予防接種の未施行者に対し、引き続き推奨しながらフォローしているところである。看護学生の臨床実習を行う際の、小児期流行性ウイルス疾患に対する感染管理対策および学生自身の健康管理に資することを目的に、平成9年度、本研究者らは看護学生156名を対象に麻疹・水痘・風疹・ムンプスについて抗体検査を実施し、陰性または擬陽性であった者(麻疹5名、水痘8名、風疹4名、ムンプス41名)に対し予防接種を推奨してきた。その結果、平成10年度までに、各ウイルスに対する予防接種を受けた者の内訳は麻疹3名、水痘5名、風疹2名、ムンプス20名であったが、その中で陽転した者の内訳は麻疹2名、水痘3名、風疹2名、ムンプス20名であった。一方、予防接種を受けずに陽転した者は、ムンプスの1名であった。今年度も引き続き各抗体検査の陰性または擬陽性であった者に対し、予防接種を推奨してきた。そして、平成11年度各ウイルスに対する予防接種を受けた者の内訳は麻疹1名、水痘2名、風疹2名、ムンプス1名であったが、その結果、陽転した者の内訳は麻疹1名、水痘1名、風疹2名、ムンプス1名であった。一方、平成10年度同様、予防接種を受けずに陽転した者は、ムンプスの1名であった。これまで予防接種の施行例数は延べ36例であるが、副反応を呈した症例は、水痘ワクチン接種後1日間倦怠感があったというもののみであった。
NZ と日本における公的部門改革の成果に関する比較研究～「政府の大きさ」を中心に

1980年代以降の公的部門改革の潮流であるニュー・パブリック・マネジメント(New Public Management:NPM)は「小さな政府」であるという日本の一般的理解をあらためて検証するため、NPMの典型国とされるニュージーランドと我が国日本とを「政府支出」と「公務員数」のデータを用いて比較した。また、研究期間中に両国で発生した大地震についても、その復興行政の過程に公的部門改革の成果が見られるかを検証している(後者の研究は今後も継続する)。ニュージーランド(NZ)はニュー・パブリック・マネジメント(NPM)型公的部門改革の典型国と言われるが、改革は本当に「小さな政府」をもたらしたのであろうか?NPMの典型国とされるNZの改革の実像を「政府の大きさ」という観点から正確に把握することは、NPMに対する的確な理解を得ることにつながる。また、NZと比べ日本の「政府」は大きいのか、小さいのか?日本の今後の公的部門改革のあり方を考える上でも、この点について正確な理解を得ることが必要である。以上の観点から、本研究では「政府の大きさ」を測る指標として(1)一般政府支出(内訳含む)、(2)公務員数(内訳含む)、(3)民間委託の状況を取り上げ、NZと日本のデータを1980年代現在に至るまで時系列で比較する。平成22年度は統計データの基礎を学んだ後、(1)(2)に関するNZおよび日本のデータを収集した。23年度はそれらを分析すると同時に、不足しているデータをさらに収集する。(3)については、どのように把握するか検討を継続する。23年23月にはNZ現地調査を実施する予定であったが、両国で起きた地震災害のため次年度以降に延期することになった。しかし、基本的なデータはNZ統計省への電子メールによる照会により入手することができた。また、現地の研究協力者からも電子メールで本研究に対するさまざまな助言を得ることができた。ニュー・パブリック・マネジメント(New Public Management : NPM)の典型国とされるニュージーランドの公的部門改革の成果と欧米諸国に倣いNPM改革を進めてきたとされる日本の公的部門改革の成果とを「政府の大きさ」という観点から比較することによって、NPMの実像を明らかにすること、より具体的に言えば「NPM=小さな政府」であるとは必ずしも限らないのではないかという仮説を検証することが当初の計画の目的であった。そのために、(1)一般政府支出、(2)公務員数という2つのデータを収集したが、内訳を含めた正確な比較はやはり困難であるという結論に達した。2011年2月と3月にはNZと日本で相次いで大震災が発生したため、一部研究計画を変更し「震災復興政策に与えた影響」という観点から80年代以降の公的部門改革の成果を測ることにした。2012年3月には10日間のニュージーランド現地調査を行い、公的部門改革が震災復興政策に与えている影響を自分なりに把握することができた。「迅速な対応」「組織間の横断的調整・協働」「市民参加」の3点から公的部門改革の影響・成果をまとめ、2012月5月の日本行政学会で発表する予定である。1970年代のオイルショックを背景として1980年代以降先進各国では大規模な公的部門改革が行われた。しかしながら、それらの改革の実際の「成果」を測る研究は未だに少ない。本研究はその空白を少しでも埋める目的で行われた。公的部門改革の先進国と言われるニュージーランドと、わが国日本の公的部門改革の成果を比較する本研究は、次の二つの構成で進められた。一つ目は、公的部門改革によっていわゆる「小さな政府」が実現したのかどうかを「一般政府支出」と「公務員数」というデータから検証する研究である。二つ目は、2011年23月に両国を襲った大地震からの復興行政に対して公的部門改革がどのような影響を与えているかを跡付けることによって、公的部門改革の成果を検討する研究である。第一の研究では、次のような結論が得られた。「政府支出」や「公務員数」のデータで見ると、ニュージーランドは公的部門改革によって確かに「小さな政府」が実現した。しかし、「公務員数」については「省庁」から「クラウン・エンティティ等」への移行など組織の衣替えに伴う減少である可能性も高いため、その解釈には十分な注意が必要である。また、ニュージーランドと比較した場合、日本は「政府支出」の面からも「公務員数」の代替指標として用いた「政府職員の雇用者報酬」の面からも相対的に「小さな政府」であると位置づけられた。第二の研究については、前年度の現地調査を踏まえ、当年度は主に復興庁ウェブサイトなどから収集した資料の整理に当たった。「震災復興」は日本においても喫緊の課題であることから「中間報告」の形で当年度も数回発表を行ったが、次年度以降も同研究は継続される。「震災復興政策への影響」の検証はおおむね順調に進展しているが、「政府の大きさ」の検証はやや遅れているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。

「震災復興政策への影響」についてNZと日本を比較するために、2012年度は日本の震災復興政策についても調べを進めていく必要がある。また、「政府の大きさ」については、両国の(1)一般政府支出、(2)公務員数を比較することから得られる結果を2012年度中にまとめる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ヒトにやすらぎを与える心地よい音が示す心身効果の本能的脳機能メカニズムの解明

ヒトに心地よさを感じさせる音を被験者に提示すると、被験者の前頭葉酸素ヘモグロビン量の変動が相対的に小さくなる。被験者はその音を「気分がよい」と評価したと考えられる。これらの音のうち、川のせせらぎの音をマウスに提示すると、情動に深く関与するセロトニンやノルアドレナリンの脳内濃度が変動していた。これらのことは音刺激には本能システムにはたらくことで心地よさを感じさせる脳機能メカニズムに作用するモノがあることを示唆しており、これらの音を使うことで多くの人が安らぎを感じられる音環境が設計できる可能性が示された。本研究は被験者実験と動物実験を平行して行うことでそれぞれの長所と弱点を補完し、音刺激によりヒトがやすらぐ時の脳機能メカニズムを生物学的基盤に立ったデータからの解明を目指すもので、先例が殆ど無く新しい方法論を必要とする。そのため、本年度は神経科学と感性科学の両面の先行研究を参考に適切な実験方法の確立から研究を行った。文献研究や国内および国際学会で収集した情報をもとに、音を呈示した被験者に対する光トポグラフィー計測や自律神経反応計測を行う方法と動物に音を聞かせる標準的な設備や装置の構造、音刺激提示方法を検討し実験を行った。やすらぎを与える効果のある音の特徴をスクリーニングすることを目的に、リズムとその変化の周期性に着目して呈示音源を選択した。アイマスクで視覚刺激を遮断した被験者に密閉型ヘッドフォンからホワイトノイズ、小川のせせらぎ、ストップウォッチ、鋸で板を切る音、時計の秒針、波、Mozart K448第一楽章、打ち上げ花火の順に呈示して光トポグラフィーと自律神経反応のリアルタイム計測を行ったところ、Mozart K448,波、川のせせらぎを聞いている間、前頭葉の酸素ヘモグロビン量の変動が少ない傾向が見られ、これらの音では実験後に行った呈示音に対する印象評価アンケートでも気分がよいと評価された。一方、ストップウォッチ、時計の秒針では前頭葉の酸素ヘモグロビン量の変動が大きく、気分が良くないと印象評価された。このことは脳の生理指標と印象評価が相関していることを示す。この結果を受けて、神経科学的に標準となる方法でホワイトノイズ、Mozart K448、小川のせせらぎを呈示したマウスの脳ホモジェネート抽出標本を用いて、HPLC法で情動や気分の変動に深く関わるとされるモノアミン濃度を測定し、音呈示をしなかったマウスのものと比較する実験を行った。この実験結果にっいては現在解析中であるヒト被験者を対象とした前頭葉活動の光トポグラフィー計測では,印象評価アンケートでは前年度の研究で「気分が良い」「覚醒感がある」とされた川のせせらぎ,波の音,モーツアルトのピアノソナタK448を音刺激として(1)ホワイトノイズ呈示(20秒)(2)無音状態(30秒)(3)音刺激呈示(1分)の順に繰り返して65dB前後の強さで提示した.これらの音刺激では提示中の前頭葉酸素ヘモグロビン量の変動幅が小さい傾向が見られた。この光トポグラフィー計測では刺激の提示時間と被験者が刺激の影響から回復する時間とタスクを有効に設定したシーケンス刺激によるIntegral解析法が適切であることがわかった.また,マウスを使った音刺激提示による脳内物質量変化の計測実験では,防音箱中に設置したスピーカーからマウスの活動が活発となる暗期の間に65dB前後の強さで音刺激を7日間提示した後,摘出した脳組織を高速液体クロマトグラフィー法でドーパミン・ノルアドレナリンおよびセロトニンとそれらの代謝物の含有量を計測した。その結果,音刺激を呈示しなかった群と比べて川のせせらぎを呈示した群で大脳皮質前部と大脳基底核でセロトニン量が、脳幹ではノルアドレナリン量が増加しているなど、提示した音刺激によって単位組織重量あたりの脳内モノアミン含有量に差異があることが認められた。モーツアルトのピアノソナタK488では脳幹のノルアドレナリン量が増加していた。以上のことをまとめると被験者は音刺激提示中の前頭葉酸素ヘモグロビン量の変動が相対的に小さい音を「気分がよい音」と評価したと考えられ,特に川のせせらぎの音はマウスでは情動に深く関与するセロトニンやノルアドレナリンの分泌に影響していた。これらのことは音刺激の効果が本能システムにはたらくことで心地よさを感じさせる脳機能メカニズムが存在していることを示唆する。本年度の実験動物を使った実験では、前年度のマウスを平常環境下において1週間聴覚刺激を与えたときにセロトニンの増加がみられた音刺激とモーツァルトの音楽に着目した。マウス視床下部でのc-fos

発現は急性ストレスにさらしたときに起こる反応として知られているが、特に拘束ストレスなどのマイルドストレスでも引き起こされることが知られている。そこで、30分間の拘束を与える間、マウスに音刺激提示なし、ホワイトノイズ、モーツァルトの音楽(K448)を提示した。刺激開始後2時間でマウスを灌流固定して視床下部でのc-fos発現を解析したところ、モーツァルトの音楽提示群で視床下部室傍核でのc-fos発現が高くなり、White noise提示群では低かった。この結果は前年度の実験でモーツァルトの音楽提示群で脳内ノルアドレナリン濃度が高くなっていたこととWhite noise提示群で脳内セロトニン量が高くなっていたこととの相関が考えられる。また、ヒト被験者実験ではこれまでに行っていた実験が、アイマスクをつけた上でヘッドフォンからの音提示であったため、通常の生活環境とかけ離れた状態でデータ収集をしていたことを踏まえ、新たに利用できるようになった防音実験室でのサラウンドスピーカーによる音提示実験を行った。これまでの実験で、モーツァルトの音楽が驚愕・恐怖反応を引き起こしている可能性があることから、音楽刺激として雅楽を加えて実験を行った。その結果については現在解析中である。
同所性近縁種間の生殖隔離機構を利用した完全不妊サバ雑種集団の作出

ゴマサバとマサバの雑種はそのほとんどが不妊であり、新規養殖系統として有用である。産業応用には全個体不妊であることが必須だが、人工的に作出した交雑魚の一部は妊性を有する。そこで、日本近海に存在する複数のマサバおよびゴマサバ系群のうち同時期かつ同海域で産卵するにも関わらず、生殖隔離が成立している系群間を交雑すれば、全個体が不妊であるサバ雑種集団を作出できると考えた。そこで日本各地のマサバとゴマサバの生殖細胞を集め代理親魚技術に用い、ドナー細胞を移植した宿主魚が生産する各系群の配偶子を用いる網羅的な交雑を実現し、完全不妊集団となる系群の組み合わせを見出す。
単層カーボンナノチューブの光・熱デバイス応用に向けた形態制御合成と光物性解明

本年度は,単層カーボンナノチューブ(SWNT)の発光イメージング装置の立ち上げと,偏光に依存するSWNTの光学応答の詳細の検討を行った.まず,フォトルミネッセンス,ラマン分光による空間・波長領域でのイメージングを行うため,ピエゾ微動ステージ,近赤外・可視顕微分光光学系の選定を行い,制御プログラムの開発を含めた測定系構築に取り組んだ.また,それに付随して,マクロスコーピックな偏光励起分光測定系に関しても波長可変レーザーを用いた高感度測定系を構築した.上記の測定系を用いて,これまでブロードバンド低出力光源による測定では観測不可能であったSWNT軸垂直偏光による励起に伴う吸収ピークエネルギーのカイラリティ依存性を観測し,そのファミリーパターンが軸垂直励起ピークの起源の解釈(第一サブバンドと第2サブバンド間の遷移(E_l2もしくはE_21)によるものという解釈)と矛盾しないことを示した.具体的には,SWNTの電子構造を反映して,E_12(E_21)のカイラリティ依存性が軸平行励起に対する光学遷移であるE_llとE_22のカイラリティ依存性と密接に関連付けられるということを示した.さらに,従来測定にかからなかった軸垂直励起に対する新たな吸収ピークの観測を行い,それらのピークの起源について検討を行った.さらに,軸垂直励起エネルギーのSWNT周辺環境依存性(環境効果)についての検討により,軸垂直励起エネルギーの環境効果による変化の程度は反電場効果により大きく変化することが期待されるのに対して,実際には軸平行励起エネルギーの変化と同程度であることが明らかとなった.また,SWNTの合成に関しては,超高真空チャンバーとターボ分子ポンプを用いた低リーク高真空CVD装置を構築し,よりよく制御された環境下でSWNT合成が可能なことを確認した.本年度は,単層カーボンナノチューブ(SWNT)の発光イメージング装置の立ち上げと,偏光に依存するSWNTの光学応答の詳細の検討を行った.まず,フォトルミネッセンス,ラマン分光による空間・波長領域でのイメージングを行うため,ピエゾ微動ステージ,近赤外・可視顕微分光光学系の選定を行い,制御プログラムの開発を含めた測定系構築に取り組んだ.また,それに付随して,マクロスコーピックな偏光励起分光測定系に関しても波長可変レーザーを用いた高感度測定系を構築した.上記の測定系を用いて,これまでブロードバンド低出力光源による測定では観測不可能であったSWNT軸垂直偏光による励起に伴う吸収ピークエネルギーのカイラリティ依存性を観測し,そのファミリーパターンが軸垂直励起ピークの起源の解釈(第一サブバンドと第2サブバンド間の遷移(E_l2もしくはE_21)によるものという解釈)と矛盾しないことを示した.具体的には,SWNTの電子構造を反映して,E_12(E_21)のカイラリティ依存性が軸平行励起に対する光学遷移であるE_llとE_22のカイラリティ依存性と密接に関連付けられるということを示した.さらに,従来測定にかからなかった軸垂直励起に対する新たな吸収ピークの観測を行い,それらのピークの起源について検討を行った.さらに,軸垂直励起エネルギーのSWNT周辺環境依存性(環境効果)についての検討により,軸垂直励起エネルギーの環境効果による変化の程度は反電場効果により大きく変化することが期待されるのに対して,実際には軸平行励起エネルギーの変化と同程度であることが明らかとなった.また,SWNTの合成に関しては,超高真空チャンバーとターボ分子ポンプを用いた低リーク高真空CVD装置を構築し,よりよく制御された環境下でSWNT合成が可能なことを確認した.
画期的な転移診断・抑制法の開発を目指した大腸がん転移関連蛋白質の探索と評価

本研究では、がんの予後に重要な「転移」の分子機構の解明と診断・抑制法の開発に資する転移関連蛋白質の同定を目的とする。本観点から研究代表者は、がんの中でも死亡率が上昇している大腸がんに着目したうえで、高確度に目的蛋白質を見いだすべく、同一患者の原発巣由来のSW480と転移巣由来のSW620細胞を用い、SW620で発現変動している候補蛋白質を数多く同定した。この中から転移に関連する蛋白質を見いだすため、これら蛋白質の大腸がん組織での発現分布と各症例が有する臨床情報との相関を解析した。その結果、Rho GDP-dissociation inhibitor(RhoGDI)の発現割合は、大腸壁の深達度の進行とリンパ節転移の発生に伴って有意に上昇することが示された。そこで、遠隔転移との関連を検証するため、代表的な転移臓器である肝臓に高転移性の細胞株を独自に樹立し、RhoGDIの蛋白質発現量を比較したところ、肝転移性が高い細胞株ほど、発現量が高くなる傾向が認められた。本知見が、腫瘍生物学の進展や創薬開発の一助になることを期待している。本研究は、がんの重要な予後決定因子である「転移」の分子メカニズムの解明と転移診断・抑制法の開発に資する転移関連蛋白質の同定を目的とする。対象としては、がんの中でも死亡率が上昇し続けている大腸がんに着目し、転移性の異なる細胞間で発現変動している蛋白質の中から転移に関連する分子を見出し、それらを評価することで目的の達成を図る。本観点から研究代表者は昨年度までに、転移関連蛋白質を見いだすべく、同一患者由来の大腸がん原発巣由来細胞株(SW480)と転移巣由来細胞株(SW620)を用い、SW620で発現変動している候補蛋白質を探索した結果、1.5倍以上発現変動していた8種類の蛋白質を同定した。そこで本年度は、同定された候補の中から転移に関連する蛋白質を見いだすため、特に変動率の大きかったRho GDP-dissociation inhibitor(RhoGDI)、Peroxiredoxin-6(PRDX6)、14-3-3 zata/delta(14-3-3)に対する抗体を用い、数多くの大腸がん組織が搭載された組織アレイを免疫染色し、各候補の発現分布と各症例が有する臨床情報との相関を解析した。その結果、RhoGDIの発現割合は、大腸壁の深達度の進行とリンパ節転移の発生に伴って有意に上昇することが示された。一方で、その他の候補蛋白質については、がん組織で発現していたものの、臨床情報との相関は認められなかった。そこで、RhoGDIの遠隔転移との関連を検証するため、代表的な転移臓器である肝臓に高転移性の細胞株を独自に樹立し、RhoGDIの蛋白質発現量を比較した。その結果、RhoGDIは、肝転移性が高い細胞株ほど、発現量が高くなる傾向が認められた。今後、遺伝子工学的な手法を用いて、機能の詳細を検証することで、転移機構に基づいた診断薬の開発や転移抑制薬の可能性を検証していく予定である。本研究は、がんの重要な予後決定因子である「転移」の分子メカニズムの解明と転移診断法・転移抑制法の開発に資する転移関連蛋白質の同定を目的とする。対象としては、がんの中でも近年死亡率が男女とも上昇し続けている大腸がんに着目し、転移性の異なる細胞間で発現している蛋白質の中から転移に関連する分子を見出したうえで、それらの機能解析を試みることで目的の達成を図る。本年度は、転移関連蛋白質を効率よく同定するため、同一患者由来の大腸がん原発巣由来細胞株(SW480)と転移巣由来細胞株(SW620)の転移特性を評価し、SW620で発現変動している転移関連候補蛋白質の探索・同定を試みた。まず始めに、大腸がん細胞が肝臓に転移しやすいことから、SW480とSW620の肝転移性を、脾臓注入肝転移モデルにて比較した。その結果、転移症例数・転移コロニー数ともに、原発巣由来のSW480に比べて転移巣由来のSW620で多く、大腸がん転移関連蛋白質を探索するためのソースとして有用な細胞セットであることが示唆された。そこで次に、SW480とSW620間で発現変動している転移関連蛋白質の候補を探索するため、2次元ディファレンシャル電気泳動解析を実施した。

両細胞を可溶化し、各細胞由来蛋白質を異なる蛍光色素Cy3とCy5でラベルした。混合後、等電点と分子量の違いによって蛋白質を2次元に分離し、各細胞に発現する蛋白質量を蛍光強度の違いから比較解析した。さらにSW480に比べてSW620で発現変動していたスポットは、ゲルからピックし、質量分析によって蛋白質同定を試みた。その結果、1.5倍以上発現変動していた8種類の蛋白質を見出すと共に、それら全てを同定することに成功した。来年度は、同定された大腸がん転移関連蛋白質の中から、ヒトの臨床検体などを用いて、転移に関連する分子を絞り込み、その機能解析を試みる予定である。交付申請書に記載した平成23年度の予定をほぼ全て完了したため。交付申請書に記載した通り、転移性の異なる同一患者由来の大腸がん細胞間で発現変動していた蛋白質の転移関連バイオマーカーとしての有用性を発現分布と機能の面から検証する予定である。すなわち、大腸がん細胞株における候補蛋白質の発現量と転移性との相関や、組織マイクロアレイなどを利用した臨床検体での発現と転移に関連する臨床情報との相関を解析する予定である。また、相関が認められた蛋白質については、それらの強制発現・ノックダウン系を構築し、分子レベルでの機能解析を試みる予定である。上記の研究を推進するため、基本的な細胞培養試薬・器具に加え、大腸がん転移関連蛋白質の候補に対する抗体や機能解析のための遺伝子/蛋白質工学試薬・器具に消耗品として充てる。また、最新の知見を収集して本研究の推進に役立てると共に、本研究成果を報告するため、国内外の学会などの参加費や旅費にも充てる予定である。さらに、論文などにまとめる際の投稿料・校正料にも充てる予定である。
家庭用ACアダプタのグラウンド端子の持つ電圧を用いた静電摩擦触覚ディスプレイ

静電摩擦を用いた触覚ディスプレイは,静電気力を用いることで表面の滑らかな物体上のテクスチャを制御する技術として着目されている.一方で既存の静電摩擦を用いたディスプレイは電源装置から供給される数百ボルト以上の高電圧を必要とすることから一般家庭で日常的に活用されているデバイスへの適用が困難であった.申請者はこれまでに高電圧電源を使用せず家庭用のACアダプタの持つグラウンド端子に,薄い絶縁層を持つ電極を接続することで同様の静電摩擦触覚を提示できることを発見した.本研究は,この触覚提示手法を用いた触覚ディスプレイ開発し,その制御と一般の様々デバイスへの実装を検討する.静電摩擦を用いた触覚ディスプレイは,静電気力を用いることで表面の滑らかな物体上のテクスチャを制御する技術として着目されている.一方で既存の静電摩擦を用いたディスプレイは電源装置から供給される数百ボルト以上の高電圧を必要とすることから一般家庭で日常的に活用されているデバイスへの適用が困難であった.申請者はこれまでに高電圧電源を使用せず家庭用のACアダプタの持つグラウンド端子に,薄い絶縁層を持つ電極を接続することで同様の静電摩擦触覚を提示できることを発見した.本研究は,この触覚提示手法を用いた触覚ディスプレイ開発し,その制御と一般の様々デバイスへの実装を検討する.
変数変換に基づく数値計算アルゴリズムの研究

数値積分において強力な手法の一つである「変数変換型公式」は、Stengerにより研究されている「Sinc近似理論」と組み合わせることにより、積分計算以外に、さまざまな数値計算に適用することが出来る。本年度はこのSinc近似理論の基礎を数学的観点から見直し、さらに、Lagrange補間のある種の拡張として理論の一般化を図ることに、研究の主眼を置いた。数値解析において伝統的な手法の一つである、Lagrange補間とは、未知関数を有限個の標本点で関数値が一致するように多項式で近似する、関数近似の手法である。これは「有限個」の標本点を用いた補間であるが、標本点の数を「無限個」にした極限公式を考える。これが上で述べた、Lagrange補間の拡張である。今回の研究では、従来の「Sinc補間」も拡張されたLagrange補間のひとつと見なせることが分かった。これは上で述べた「Sinc近似理論」の基礎公式であり、Lagrange補間の拡張という観点から眺めると、sin chiの零点、すなわち、実軸全体に等間隔に分布する標本点を用いた補間と見なせる。今回の研究においては、「Lagrange-Bessel補間」を新たに考案し、誤差解析及び数値実験を行なった。これはsin chiの代わりにBessel関数の零点を標本点に用いた補間公式である。数値実験を行なったところ、Sinc補間とほぼ同程度の精度を得ることが確認された。誤差解析では次のことが確認された。解析関数に対して補間を行なったとき、補間誤差は複素積分を用いて表すことが出来るが、被積分関数に補間標本点を零点に持つ整関数(全複素平面で正則な関数)を含む。整関数の値分布は零点の分布に大いに依存することが分かっており、よって標本点の分布が補間誤差を最も大きく決定付けることが言える。とくに標本点が漸近的に等間隔に分布する場合(Sinc補間、Lagrange-Bessel補間はこれに含まれる)、誤差は標本点数密度に対し指数関数的に減少することが、示される。
ミトコンドリア病におけるチトクロームCによるアポトーシス誘導に関する研究

本研究の目的はミトコンドリア(mt)DNAの変異で生じるmt病の神経・筋細胞変性機序を明らかにすることである.そのため,CPEO,MELASに続き,今回MERRFのmtDNA変異と筋病理特徴との関連をsingle fiber PCR法、in situ hybridization法を用いて明らかにした。つぎにcytochromec(Cyt-C)によるアポトーシス誘導の関与を明らかにするために,以下の研究を行った.平成9年度,ヒト末梢血単核球(PBMC)およびマウス培養筋細胞に種々の濃度のCyt-Cを添加し,経時的にアポトーシスの有無を観察したが,Cyt-C添加後72時間内での形態的変化やDNA断片化は認めなかった。これはアポトーシス過程の誘導→決定→実行という最終段階の現象であり,決定に至る過程でのアポトーシス関連蛋白の変化を検討する必要があった。そこで,平成10年度はアポトーシス関連蛋白の発現を検討するため,各種抗体を用いたimmunoblot(IB),immunohistochemistry(IHC)およびRT-PCRにより,蛋白およびmRNAレベルで半定量的評価が可能なシステムを確立することであった。(1)数種のアポトーシス関連蛋白の抗体を数社より購入し,IBやIHCを用いて抗体の良否を検討し,IBでBcl-2,ICH-1_L,TIAR,Badはうまく働いた。同様の抗体を用いてIHCを施行し,染色された組織の特異性について検討中である。(2)特にBcl-2,Baxに対するprimer pairを作成し,RT-PCRの基礎実験を行い,陽性コントロール細胞では各々mRNAを検出できた。PBMCではBcl-2,BaxmRNAを検出できなかった。発現量あるいは感度の問題か,更なる検討を必要とした。また,mt脳筋症患者生検筋でのCyt-C増加の有無を明らかにするため,抗ヒトCyt-C抗体を用いてIHCを行い,preriminalyな結果では明かな陽性筋線維を認めなかった。今後,抗体の良否,感度の検討を行い,再検討予定である。本研究の目的はミトコンドリア(mt)DNAの変異によって生じるmt病の神経・筋変性においてcytochrome c(Cyt-C)によるアポトーシス誘導の関与を明らかにすることであり、このためには以下の実験を行なった。また、MERRFのmRNA変異と筋病理学的特徴の関連を報告した。1.ヒト末梢血単核球(PBMC)およびマウス培養筋細胞におけるCyt-Cによるアポトーシス誘導の可能性の検討健常成人PBMCおよびマウス培養筋細胞を用いて種々の濃度のCyt-Cを添加培養し、経時的にアポトーシスの有無を形態学的に観察し、DNAの断片化の有無を検討した。negative controlには薬剤無添加を、positive controlとしてactynomicin D(ACD)添加したものを用いた。ACD添加郡では数時間後よりアポトーシスを起こしたが、薬剤無添加およびCyt-C添加では、72時間の観察期間にアポトーシスを認めなかった。各細胞よりDNAを抽出後、DNA断片化の有無をアガロースゲル電気泳動法により観察したが、薬剤無添加およびCyt-C添加ではDNA断片化を認めなかった。以上の結果からはCyt-C添加によるアポトーシスは形態学的には明らかでなかったが、これはアポトーシス過程の誘導→決定→実行段階の実行という最終段階をみたものであり、決定に至る過程でのアポトーシス関連蛋白の変化を観察する必要がある。

このために、アポトーシス関連蛋白の各種抗体、RT-PCRのためのprimerを作成し、半定量的な評価が出来るようにシステムをセットアップ中である。本研究の目的はミトコンドリア(mt)DNAの変異によって生じるmt病の神経・筋細胞変性機序へのcytochrome c(Cyt-C)によるアポトーシス誘導の関与を明らかにすることである。昨年度,ヒト末梢血単核球(PBMC)およびマウス培養筋細胞に種々の濃度のCyt-Cを添加し,経時的にアポトーシスの有無を観察したが,Cyt-C添加後72時間内での形態的変化やDNA断片化は認めなかった。これはアポトーシス過程の誘導→決定→実行という最終段階の現象をみたものであり,決定に至る過程でのアポトーシス関連蛋白の変化を検討する必要がある。そこで本年度は以下の研究を行った。1,アポトーシス関連蛋白の発現を検討するため,各種抗体を用いたimmunoblot(IB),immunohistochemistry(IHC)およびRT-PCRにより,蛋白およびmRNAレベルで半定量的評価が可能なシステムを確立する。(2)特にBcI-2,Baxに対するprimer pairを作成し,RT-PCRの基礎実験を行い,陽性細胞では各々mRNAを検出できた。しかしながら,PBMCではBcI-2,Bax mRNAを検出できなかった。発現量あるいは感度の問題か,更なる検討を必要とした。2. mt脳筋症患者生検筋でのCyt-C増加の有無を明らかにするため,抗ヒトCyt-C抗体を用いてIHCを行い,preriminalyな結果では明かな陽性筋線維を認めなかった。今後,抗体の良否,感度の検討を行い,再検討予定である。
磁場印加ローレンツ力顕微鏡の研究開発

本研究では、走査プローブを用いた磁気分布観察手法として、研究代表者が考案した走査型ローレンツ力顕微鏡において、その磁気分布像の水平分解能を数十ナノメートル程度に向上させた。さらに試料に対して水平2軸方向に磁場を印加する磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡を新たに構築し、磁場中における磁気記録媒体ならびに磁気記録ヘッドの漏れ磁場分布を観察した。これらの研究成果は、磁気記録装置などの磁性体の研究開発において有用である。本研究では、外部磁場を印加することが可能な磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡(Scanning Lorentz Force Microscopy, SLFM)を新たに研究開発し、磁性媒体などに外部磁場を印加した際の磁気分布像を数十nmの水平分解能で凹凸像と同時に観察することを目的としている。具体的には、非磁性の導電性カンチレバーを使用することにより外部磁場を印加した際の磁区分布を観察することが可能であるというSLFMの特徴を活かし、試料に対して外部磁場を試料にそれぞれ印加した際のサンプルの磁区構造の変化をその場観察する磁場印加SLFMを新たに構築し、本手法を磁気分布像の観察手法として確立することを目的とする。平成18年度は、磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡装置を設計し、装置を組み上げ、基本動作の確認を行った。簡易真空コンタクト原子間力顕微鏡の構成をベースとし、水平方向に2軸でそれぞれ5kOeの磁場を印加できる磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡の開発を行い、装置ならびに制御・測定系新たに構築した。共振周波数にてカンチレバーが振動した状態でカンチレバーを走査し、試料表面の凹凸とローレンツカによるカンチレバーの変位を、4分割フォトダイオードによりA-B信号(直流)、C-D信号(交流)としてそれぞれ検出し、前者をフィードバック及びサンプル表面凹凸像に、後者をロックインアンプによって共振周波数成分を取り出すことでSLFM像として画像化できる装置構成を採用した。本研究により導入された磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡の基本動作の確認として、導電性カンチレバーの共振周波数に相当する交流電流(数十μA)を流し、外部磁場を加えた際に、ローレンツ力によってカンチレバーが横方向に振動し、その振幅は外部磁場に比例すること、ならびに振動の位相は外部磁場方向によって反転することを確認した。平成19年度は、走査型ローレンツカ顕微鏡に関する基本特許を取得した。研究としては、18年度に設計・構築した磁場印加走査型ローレンツカ顕微鏡(SLFM)を用いて外部磁場を印加した際の磁化反転特性をグレイン単位で観察する新しい磁気イメージング手法として確立することを目指した。本研究で研究開発している磁場印加走査型ローレンツカ顕微鏡は簡易真空コンタクト原子間力顕微鏡の構成をベースとし、水平方向に二軸で磁場を印加できる装置であり、制御・測定系新たに構築している。具体的には、導電性カンチレバーの共振周波数(700kHz)に相当する交流電流(数十μA)を流し、ローレンツカによってカンチレバーを振動させる。共振周波数にてカンチレバーが振動した状態でカンチレバーを走査し、試料表面の凹凸とローレンツカによるカンチレバーの変位を、4分割フォトダイオードによりA-B信号(直流)、C-D信号(交流)としてそれぞれ検出し、前者をフィードバック及びサンプル表面凹凸像に、後者をロックインアンプによって共振周波数成分を取り出すことでSLFM像として画像化する。SLFMでは、導電性カンチレバーとサンプルの間に電流を流す必要がある。ハードディスクのサンプルに電流を流すために、表面処理を施し、その後に金を蒸着することによりスキャン中に安定して電流を流せるようにした。観察したSLFM像には、一部のビットが観察されていると考えられる、カンチレバー横方向共振振幅Rcos θの符号反転が見られた。しかしながら、蒸着した金表面の凹凸がSLFM像に影響を及ぼしており、また金が反磁性材料であることから一部分のビットしか観察できていない。最終年度である平成20年度は金属材料の選定、蒸着方法の改善等を行うことにより、磁場中でのハードディスクの磁化反転特性を、SLFMを用いて観察する手法を確立する。最終年度である平成20年度は、磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡(SLFM)を用いて外部磁場を印加した際のハードディスク書き込みヘッドの磁気分布像を観察することを目指した。本研究で研究開発している磁場印加走査型ローレンツ力顕微鏡は簡易真空コンタクト原子間力顕微鏡の構成をベースとし、水平方向に二軸で磁場を印加できる装置であり、制御・測定系を新たに構築している。具体的には、導電性カンチレバーの共振周波数(350kHz)に相当する交流電流(数十μA)を流し、ローレンツ力によってカンチレバーを振動させる。共振周波数にてカンチレバーが振動した状態でカンチレバーを走査し、試料表面の凹凸とローレンツ力によるカンチレバーの変位を、4分割フォトダイオードによりA-B信号(直流)、C-D信号(交流)としてそれぞれ検出し、前者をフィードバック及びサンプル表面凹凸像に、後者をロックインアンプによって共振周波数成分を取り出すことでSLFM像として画像化する。

SLFMでは、導電性カンチレバーとサンプルの間に電流を流す必要がある。今年度は、ダイヤモンドコートカンチレバーの押しつけ力とサンプルに加えるバイアス直流電圧の最適値を見いだした。その結果、カンチレバーに電流が安定して流れるようになり、ハードディスク書き込みヘッドの断面サンプルに外部から磁場を印加した際にヘッド先端に磁場が集中する状態状況を観察することに成功した。
高速逆フォトクロミック分子系の構築と応用展開

従来の光応答分子では、励起光として紫外光を用いるために特に生体系への応用を考える上で大きな問題となり、理想的には700 nm以降の可視光や近赤外光を用いることが求められている。可視光照射により色が消失する逆フォトクロミック分子は、始状態が着色状態であり光照射により無色へ変化するため、可視光応答スイッチ分子として注目されている。さらに、従来型の高速フォトクロミック分子では達成が困難であった、超解像顕微鏡への応用が容易なOFF-ON型蛍光スイッチが期待できる。本研究では、一分子内に正フォトクロミズムを示すユニット(PIC)と逆フォトクロミズムを示すユニット(BN-PIC)を組み込んだバイフォトクロミック分子を開発し、インコヒーレント連続(CW)光を用いて、弱光下では逆フォトクロミズムによる消色反応が支配的に起こり、ある閾値以上の光強度下でのみ正フォトクロミズムが優先的に進行する可視光非線形応答型フォトクロミック分子を開発し、この特異的な励起光強度依存性について速度論解析を行い、励起光強度依存性が現れる理由を詳細に説明することに成功した。このような励起光強度選択的なフォトクロミズムは、背景光に影響されない高選択的光スイッチ分子の実現という観点からも重要である。さらに、逆フォトクロミック分子(BN-ImD)に蛍光色素としてナフタルイミドを導入した分子を合成し、可視光照射により蛍光能がONになるTurn-ON型蛍光スイッチ分子を開発した。安定体である着色状態ではナフタルイミドから着色体へのエネルギー移動により効率的に蛍光が消光されるのに対し、可視光照射により消色体へと異性化させると蛍光量子収率が0.75にまで達した。また、この蛍光スイッチは単一波長の可視光照射によっても可逆的に誘起可能であることを示した。一方で、着色体が最も安定であり、可視光照射により色が消失する「逆フォトクロミズム」は可視光照射により分子の光異性化が進行するため、分子スイッチの応用展開を考える上で魅力的な現象である。また、日常生活に使われるインコヒーレント連続(CW)可視光を用いて、弱光下では応答せず、ある閾値以上の光強度下でのみ応答する可視光非線形応答型フォトクロミック分子の創製は、背景光に影響されない高選択的光スイッチ分子の実現という観点からも重要な課題である。本年度では、一分子内に正フォトクロミズムを示すユニットと逆フォトクロミズムを示すユニットを組み込んだバイフォトクロミック分子を開発し、光強度の異なる可視光を照射することで、着色状態の色調を変えることに成功した。照射光強度が弱い時には逆フォトクロミズムによる消色反応が支配的に起こり、溶液の色調は橙色から黄色に変化する。一方で、照射光強度が強い時には逆フォトクロミックユニットの可視光増感効果により正フォトクロミズムの着色反応が支配的に進行し、溶液の色調は深緑色に変化する。この特異的な励起光強度依存性について速度論解析を行い、励起光強度依存性が現れる理由を詳細に説明することに成功した。このような非線形的な着色現象は、パルス光に限らずCW光でも誘起することができ、更なる可視光応答材料の開発が期待できる。本年度は、可視光照射により駆動する逆フォトクロミック分子をさらに発展させ、励起光強度に応じて着色状態の変化する非線形応答逆フォトクロミック分子を世界に先駆けて開発することに成功した。このような分子の開発により、本申請課題である逆フォトクロミック分子の高機能化のみならず、ホログラム画像の実時間光制御やキラルネマチック液晶相転移、高速蛍光スイッチングにおいても安価な励起光を用いてより複雑な制御が可能になることが期待できる。また、上記の分子以外にも、逆フォトクロミック分子を2つ結合させることにより、非線形的に色が消失する新たな逆フォトクロミック分子の開発にも成功しており、現在詳細なフォトクロミック特性の検討を行っている。これらの分子は当初の予想を遥かに超えた興味深い現象、特性を示すことが明らかとなり、これまでの逆フォトクロミズムの概念を覆す研究になると期待できる。

このような励起光強度選択的なフォトクロミズムは、背景光に影響されない高選択的光スイッチ分子の実現という観点からも重要である。さらに、逆フォトクロミック分子(BN-ImD)に蛍光色素としてナフタルイミドを導入した分子を合成し、可視光照射により蛍光能がONになるTurn-ON型蛍光スイッチ分子を開発した。安定体である着色状態ではナフタルイミドから着色体へのエネルギー移動により効率的に蛍光が消光されるのに対し、可視光照射により消色体へと異性化させると蛍光量子収率が0.75にまで達した。また、この蛍光スイッチは単一波長の可視光照射によっても可逆的に誘起可能であることを示した。今後は、本年度に開発した新たな逆フォトクロミック分子の赤色光や近赤外光に対する感度を向上させるとともに、これらの分子を用いた応用展開を試みる。具体的には、まずは研究計画通り、量子化学計算をもとに、電子状態やフォトクロミック反応の遷移状態に関する知見を得ることで新奇分子を設計し、光異性化反応の感度の向上および、更なる熱戻り速度の向上を目指す。開発した分子のフォトクロミック特性については、レーザーフラッシュフォトリシス測定、時間分解赤外吸収スペクトル測定、CDスペクトル測定等の分光測定手法を用いて評価を行う。分子の開発を推進した後、ホログラム画像の実時間光制御やキラルネマチック液晶相転移、高速蛍光スイッチングなどへの応用展開を試み、逆フォトクロミック分子の光スイッチとしての有用性を示す。国際会議に出席する予定が1つキャンセルされたため、約27万円の次年度使用額が生じた。次年度使用額分は、有機分子合成に必要な試薬等の物品費として使用予定である。