hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔癌におけるエネルギー代謝関連遺伝子群の役割の解析

前癌病変の発癌予測や早期癌の発見のために、本研究ではエネルギー代謝関連遺伝子群に注目した。口腔癌細胞株とヒトケラチノサイトを用いたマイクロアレイ解析とreal time PCR法を行い、発現状態の一致していたエネルギー代謝関連遺伝子の内、AMPKファミリーに注目した。そのうち、ネットワーク解析で、有意なネットワークを形成するPRKAA1、PRKAA2、PRKAB1、PRKAB2、PRKAG1、PRKAG2を同定した。前癌病変の発癌予測や早期癌の早期発見のためには、構造の異常や形態の異常が出現する以前に癌化過程に細胞が入ったことを検知できる腫瘍マーカーが必要であり、本研究ではエネルギー代謝関連遺伝子群に注目した。エネルギー代謝関連遺伝子群はさまざまな癌との関連が推測されているが、未だに癌化に果たす役割を明確にすることができていない。その理由の一つは、ある種の癌ではある特定の遺伝子が主役であるが、他の癌種では他の遺伝子が主役であるため、個々の遺伝子の評価を別々に行っていたのでは評価が困難であるというような理由がある。このため、一つの機能を果たす遺伝子群の動向を総合的に調べることを本研究の目的とした。口腔癌組織5サンプルと口腔癌由来細胞株5種類に関し、Affymetrix社製GeneChipを用いてマイクロアレイ解析を行った。この遺伝子発現プロファイリング・データーベースからエネルギー代謝関連遺伝子群を抽出し、それぞれの遺伝子の発現状態を調べたところ、CKMT1,CKMT2遺伝子は発現低下を、PRKAA1,PRKAB1,PRKAG2,CALCRは高発現を示し、PRKAA2,PRKAB2,PRKAGl,PRKAG3の発現はサンプルによりまちまちであることが示唆された。口腔癌組織5サンプルと口腔,癌由来細胞株5種類に関しReal-time PCR法により定量的にこれらの遺伝子の発現を確認した。それらのデータを用いて、遺伝子パスウエイ解析を行い、相互の遺伝子制御の様子を現在分析中である。今後、この相互関係をより深く追求することにより、エネルギー代謝関連遺伝子群全体で何が癌において起きているのかを明らかにし、その後、前癌病変における発現状態を調べる予定である。前がん病変の発がん予測や早期癌の発見のためには、構造異常や形態異常が出現する前に癌化過程に細胞が入ったことを検知できる腫瘍マーカー等が必要であり、本研究ではエネルギー代謝関連遺伝子群に注目した。
メダカを用いた筋原線維性ミオパチーの病原・病態解明

筋原線維性ミオパチー(Myofibrillar myopathy ; MFM)は、筋原線維配列の強い乱れを主な病理学的特徴とする筋疾患群で、Z線関連タンパク質の異常によるものと考えられているが、その約80%は原因不明である。本研究ではメダカを疾患モデル動物として、我々の見いだしたMFM関連遺伝子変異の導入個体を作製し、病態との関連を明らかにすることを目的とした。メダカはすでにその全ゲノムが解読されているが、個々の遺伝子についてのmRNAの配列や発現は哺乳類と異なるものも多く、情報収集やコンストラクトの作製に時間を有する場合も多かった。現在、我々の見いだした新規のMFM原因候補遺伝子について野生型と変異型のコンストラクトを作製するとともに、保存されてない遺伝子に関してはヒト遺伝子のコンストラクトを効率よく発現させるベクターを複数検討中である。また骨格筋あるいは遅筋特異的にGFPやDs-redを発現するメダカを用いて、メダカにおける骨格筋の走行やその特徴を明らかにした。一方、フィラミンC遺伝子変異メダカに関しては、ホモ接合体が孵化前後で死亡すること、心筋及び骨格筋に強い異常が認められることを形態的、病理学的に明らかにした。特に電子顕微鏡的観察により、骨格筋における筋原線維の走行異常が明らかであり、フィラミンCの筋原線維構築における重要性を明らかにした。現在ヘテロ接合体について経時的な筋線維変化を検討中であるが、週齢を経るにつれ、ヒトフィラミンC遺伝子変異例における筋病理変化と非常に良く似た筋原線維の構築異常が見いだされている。現在、メダカにおける各種抗体の有用性を検討しつつ、Z線構築タンパク質の変化や凝集について具体的なデータを集積している。筋原線維性ミオパチー(MFM)は、筋原線維配列の強い乱れを主病変とする筋疾患群で、Z線関連タンパク質の異常によることが示唆されているが、その約80%は原因不明である。我々はこれまでにMFM原因候補遺伝子をスクリーニングし、複数の遺伝子で患者特異的変異を見いだしている(1)。本研究では、メダカをモデル生物として活用することを念頭に、まず、その飼育環境の整備をおこなった。メダカを扱うのは初めてであることから、当初、水質の安定するまでに約3ヶ月を要したが、現在は飼育環境が整い、順調に育成している。また採卵、孵化、生育に至る経過を観察し、受精卵への遺伝子導入へむけたトレーニングも行った。また正常メダカについて、筋組織凍結標本を作製し、20種類の一般染色、各種免疫染色を行うことにより、哺乳類と異なるメダカ骨格筋の特徴を明らかにした。また電顕的観察も行い、Z線を含むサルコメア構造が非常に詳細に観察できることを確認した。今後、変異導入帯を作製し、病理変化を観察することによってMFMの病態解明を進めていく予定である。
mRNA分解酵素複合体CCR4の、細胞増殖における遺伝子欠損マウスを用いた解析

現在まで、遺伝子発現制御機構は、転写制御を中心に解析されてきた。近年、mRNA安定性などの転写後の調節においても多くの知見が得られ、CCR4-NOT複合体はmRNAのポリ(A)鎖を分解しmRNAの安定性や翻訳効率に影響を与えていることが明らかとなってきた。しかしながら、mRNAのポリ(A)分解の詳細な制御機構はまだ明らかにされていない。本研究では、この複合体が、デアデニレース活性を通して生命個体に、特に細胞増殖にどのように影響しているかを明らかにすることを目的としている。本年度は、複合体因子のCNOT6LやCNOT6、またCNOT3の生理機能を明らかにするために遺伝子欠損マウスの解析を進めている。CNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは痩せており、糖代謝を調べるためにグルコースを腹腔内に注入し、その後の血糖値の変化を測定したところ、素早い血糖値の低下が見られた。CNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは、食餌摂取量に異常は見られなかったが、エネルギー消費量を調べるために酸素消費量を測定する実験を行ったところ、CNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは野生型に比べ20%ほどの酸素消費量の亢進がみられ、その他の解析により、基礎代謝が亢進していることが明らかとなった。以上の結果より、CNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは、生体エネルギー代謝が消費の方へ傾いておりエネルギーバランスが異常であることを明らかにした。このマウスに肥満を誘導するために高脂肪食を負荷したところ、野生型に比べCNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは肥満に抵抗性を示すことが明らかとなった。よってCNOT3がエネルギー代謝に重要な遺伝子であることが明らかとなった。CNOT6L遺伝子欠損マウスにおいては若干の体重の低下が見られた。このヤウスに肥満を誘導するために高脂肪食を負荷したところ、野生型に比べCNOT6L遺伝子欠損マウスは肥満に抵抗性を示すことが明らかとなった。本年度の研究結果、遺伝子欠損マウスの解析によりこの複合体がメタボリックシンドロームと関与していることを新たに発見した。生活習慣病は現代において最も注目されている疾患の一つであり、この発見は今後のCCR4-NOT複合体研究の礎となると考えられる。本年度は、酵母Ccr4のヒトホモログとして同定したCNoT6Lの解析を進めた。RNAiによりCNOT6LをノックダウンされたNIH3T3細胞は、増殖が著しく抑制されG0/G1期の細胞の割合が増加していることを明らかにした。その細胞においてp27の発現が上昇しており、p27mRNAのポリ(A)の長さが上昇していることが認められた。これらのことより、CNOT6Lはデアデニレース活性を介して増殖制御に関わると考えられ、以上の結果を学会誌に発表した。これは、ポリ(A)分解酵素が細胞増殖を直接制御していることを示す最初の報告である。さらに、CNOT6L/6やCNOT3の生理機能を明らかにするために遺伝子欠損マウスの作製・解析を進めている。CNOT3遺伝子欠損マウスに関しては、胎生致死であることを確認した。また、CNOT3ヘテロマウスは野生型に比べ体重減少が見られ、胎生期から明らかな個体サイズの減少を確認できた。血液成分を詳細に調べた所、CNOT3ヘテロマウスにおいては血糖値や中性脂肪量の低下が観察された。CNOT3ヘテロマウスに関しては、分子機構についても詳細な解析を進め、学会誌に投稿予定である。CNOT6L遺伝子欠損マウスにおいても、若干の体重の低下が、今後詳細に解析を進める予定である。

以上の結果より、CNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは、生体エネルギー代謝が消費の方へ傾いておりエネルギーバランスが異常であることを明らかにした。このマウスに肥満を誘導するために高脂肪食を負荷したところ、野生型に比べCNOT3遺伝子ヘテロ欠損マウスは肥満に抵抗性を示すことが明らかとなった。よってCNOT3がエネルギー代謝に重要な遺伝子であることが明らかとなった。CNOT6L遺伝子欠損マウスにおいては若干の体重の低下が見られた。このヤウスに肥満を誘導するために高脂肪食を負荷したところ、野生型に比べCNOT6L遺伝子欠損マウスは肥満に抵抗性を示すことが明らかとなった。本年度の研究結果、遺伝子欠損マウスの解析によりこの複合体がメタボリックシンドロームと関与していることを新たに発見した。生活習慣病は現代において最も注目されている疾患の一つであり、この発見は今後のCCR4-NOT複合体研究の礎となると考えられる。
3d遷移金属および希土類合金の硬X線発光磁気円二色性の研究

本研究は、X線によって物質中の電子が中間状態に励起された後の2次光学過程から放出されるX線のエネルギースペクトル(XES)においてスピン情報をもったXES、すなわちMCD-XESの測定法の開発と遷移金属および希土類金属への応用を目的としている。最も大きな成果は、KEK-PFにおいてSm-Co合金試料の発光MCDの測定を行い精度のよい測定結果を得るとともに、この実験結果を理論計算グループの計算結果と比較検討したことである。この結果は論文としてまとめ学術雑誌上で公表された。その内容は、Sm_<21>Co_<79>アモルファス合金のL_3M_<4,5>とL_2M_4遷移に対するMCD-XESを精密に測定し、そのスペクトルを双極子遷移成分および四重極遷移成分に分離解析するとともに、これらのスペクトル対する精密な理論計算を行い各成分の内容を詳細に解析したものである。また、SPring-8においては、XES用のビームラインを立ち上げのために、東北大多元研のメンバーと共に、SPring-8におけるXES測定のための測定装置の製作と整備および種々の基礎実験を行った。すなわち、集光ミラー、二次元検出器、二次元検出器用エネルギー解析装置およびゴニオメータの設置・整備を行った。また、XESのMCD実験を遂行するために、円偏光生成装置(移相子システム)を設計、製作し、動作テスト、試験的スペクトル測定を行った。X線発光スペクトル(XES:X-ray Emission Spectra)は、X線によって物質中の内殻電子が励起された後の二次光学過程であり、XESからは電子多重項構造、バンド構造、結合状態などの電子状態に関する固体物性に重要な情報が元素選択的に得られることが知られている。近年では大強度の円偏光放射光X線を利用してXESのMCD(Magnetic Circular Dichroism)を測定することが可能になり、スピン情報をもったXESとして注目されている。現在、MCD-XESはKEK-PFにおいて申請者らのグループによって世界的にみても先駆的かつ精力的な実験が進められており、いくつかのMCD-XES実験結果を得ている。本年度の研究成果は次の通りである。KEK-PFにおいてはSm-Co合金試料の発光MCDの実験を行い精度のよい測定結果を得た。この実験結果を理論計算グループの計算結果と比較検討した詳細は論文としてまとめられ投稿のための最終校閲の段階にある。またバナジウム酸化物およびロジウム化合物に対するXESの測定を行った。SPring-8においては、XES用のビームラインを立ち上げるための研究開発課題が認められ、東北大多元研のメンバーと共に、SPring-8におけるXES測定のための光学的基礎データ取得のための基礎実験を行った。同時に、SPring-8においてXESのMCD実験を遂行するために、円偏光生成装置(移相子システム)の設計、製作を行った。この移相子システムは、高精度ピエゾアクチュエーターとスーパーインバー合金をベースとした移相子振動機構を特別仕様として作製し、発光MCD実験を10keV以上の高エネルギーにおいても行えるように備えた。X線発光スペクトル(XES : X-ray Emission Spectra)は、X線によって物質中の内殻電子が励起された後の二次光学過程であり、XESからは電子多重項構造、バンド構造、結合状態などの電子状態に関する固体物性に重要な情報が元素選択的に得られることが知られている。本研究では、スピン情報をもったXES、すなわちMCD-XESの測定法の開発と遷移金属および希土類金属への応用を目的としている。KEK-PFにおいてSm-Co合金試料の発光MCDの実験結果およびルビジウム化合物に対するXESの測定結果を解析し論文としてまとめ学術雑誌上で公表した。SPring-8においては、XES用のビームラインを立ち上げのための研究開発課題の下に、東北大多元研のメンバーと共に、SPring-8におけるXES測定のための測定装置の製作と整備および種々の基礎実験を行った。

すなわち、集光ミラー、二次元検出器、二次元検出器用エネルギー解析装置およびゴニオメータの設置・整備を行うとともに、XESのMCD実験を遂行するために、円偏光生成装置(移相子システム)の動作テストを行った。この実験の課程でCu化合物およびMn化合物に対するXESの測定をするとともにこの測定を基にしてLifetime-Free XAFSという新規の高分解能XAFSの開発を行った。X線発光スペクトル(XES : X-ray Emission Spectra)は、X線によって物質中の内殻電子が励起された後の二次光学過程であり、XESからは電子多重項構造、バンド構造、結合状態などの電子状態に関する固体物性に重要な情報が元素選択的に得られることが知られている。本研究では、スピン情報をもったXES、すなわちMCD-XESの測定法の開発と遷移金属および希土類金属への応用を目的としている。本年度の研究成果は次の通りである。東北大多元研のメンバーと共に、SPring-8におけるXES測定のための多解析結晶と二次元検出器を備えた高効率測定装置の整備および種々の発光分光測定を行った。また、円偏光生成装置(移相子システム)を完成させ、XESのMCD実験を行った。本年度の最も大きな成果は、Sm_<21>Co_<79>アモルファス試料のMCD-XESの測定結果を解析し論文としてまとめ学術雑誌上で公表したことであり、その内容は次の通りである。Sm_<21>Co_<79>アモルファス合金のL_3M_<4,5>とL_2M_4遷移に対するMCD-XESを精密に測定し、そのスペクトルを双極子遷移成分および四重極遷移成分に分離解析した。同時に、これらのスペクトル対する精密な理論計算を行い各成分の内容を明らかにした。
複数感覚入力に対する行動選択の神経回路

線虫の神経系と行動の関係を知るために、行動解析用ソフトウエアを開発した。行動状態(前進運動、方向転換など)の自動認識方法の精度を上げた。また、頭の振りの周期性と不規則性を数値化し評価する方法を提案した。これらの方法を用いて、変異種間の動きの違いや加齢に伴う変化を見出した。行動の量的解析、行動モデル、および神経モデルを、2っの感覚入力を同時に与えた時の行動や酸忌避行動における行動選択の理解に役立てた。計測と数理的解析・モデル化により、C.エレガンスに2種類の誘引性感覚刺激(温度と化学物質の組合せに重点を置く)を同時に与えた場合の行動選択の神経系制御機構に関する次の研究を行う。(1)行動選択の神経メカニズムを、一匹毎の線虫の詳細な行動解析と細胞内Ca2+濃度変化計測により解明する。特に誘引性温度が化学走性に与える影響の神経機構を解明する。(2)特定のニューロンを欠失させた細胞破壊系統及び行動選択に関する変異体の表現型を解析する。(3)走性データの統計解析と数理モデルの作成・解析により行動レベルで制御機構を解明する。(4)少数ニューロンからなる回路モデルの作成・解析により、行動選択の制御機構を解明する。(5)全ニューロンを考慮した回路モデルの作成・解析により神経系全体からの考察を行う。1)外部刺激に対する細胞内Ca^<2+>濃度変化を測定する目的で、アミノ酸リジンに感受性のあるASK感覚ニューロンにG-CaMPを発現する線虫系統を作製した。また、介在ニューロンにG-CaMP2を発現する線虫系統を作製することを試みた。ASK感覚ニューロンにG-CaMPを発現させた線虫を用いて、ASKの細胞内カルシウム濃度[Ca^<2+>]_i変化を、岩手医科大学の共焦点顕微鏡を借用して測定した。リジン投与により[Ca^<2+>]_iは低下し低い値を維持した。投与終了後に[Ca^<2+>]_iは一過的に上昇した。一方、ASKニューロンは忌避物質SDS投与により[Ca^<2+>]_iが上昇する事を発見した。これらの結果を論文にして投稿し受理された(Wakabayashi, et al, inpress)。2)本予算によって設置された「蛍光画像解析システム」を立ち上げ、[Ca^<2+>]_i変化を観測できること、および解析が可能なことを確認した。3)走性データの統計分析を行う為に、野生種と既存の変異種の行動の特徴を、3通りの条件A)誘引物質濃度勾配が無い、B) 1つの濃度勾配が有る、C)2種類の物質の濃度勾配が有る、の下で行動解析システムを用いて一匹ずつ計測・解析した。4)統計物理学的手法を用いて部分神経回路に対する有効理論を展開した。また、部分神経回路に誤差逆伝播法を適用して、線虫の化学刺激に応答する神経回路の各シナプスの興奮性/抑制性を推定した。5)化学走性・温度走性に関する神経回路モデルの基幹部分を構築し、感覚ニューロンを刺激して、運動コマンドニューロンが興奮/抑制することを確かめた。また、線虫の全神経回路網モデルの構築を進めた。さらに、空間情報を付加した全シナプス結合データベース構築の為のデータ書式を策定した。3)、4)、5)は研究が進行途中である。1.感覚ニューロン及び介在ニューロンAIAにカルシウム濃度依存性蛍光蛋白質G-CaMP2を発現する線虫系統を複数系統作製し、また同様な線虫系統を他の研究者から入手した。蛍光画像解析システムを用いて、ASKニューロンをアミノ酸リジンで刺激に対する感覚ニューロンまたは介在ニューロンの細胞内Ca^<2+>濃度変化を測定し刺激を終えた時に大きな細胞内Ca^<2+>濃度の増大を見出し論文発表と学会発表を行った。さらにAIAニューロンにG-CaMPを発現させた系統を作成して生理学的実験を行った。2.既存の変異種、作成した細胞破壊系統、および野生型の行動の特徴を、行動解析システムを用いて一匹ずつ詳細に計測・解析した。特に線虫が好む温度と塩に対する行動選択、酸に対する忌避行動の選択の2件の解析結果を学会発表した。3.走性データの統計分析を行うための解析ソフトウエアを開発・整備した。それらを用いてGABA変異種の移動運動(論文準備中)、および上記2.の研究に用いた。4.(1)少数のニューロンから成る部分神経回路のノイズに対するロバストネス、(2)神経回路の化学刺激・温度刺激に対する応答のシミュレーション、(3)細胞内Ca^<2+>度変化計測データと比較し得る小神経回路モデルの研究を行い、(1)と(2)を学会発表した。5.公表されているAWC感覚ニューロン内Ca^<2+>濃度変化計測データをもとに、AWCの細胞内情報伝達からCa^<2+>濃度変化説明するモデルを作成して学会発表を行った(論文準備中)。

神経回路モデルの基幹部分を構築し、報告されている実験事実の多くに矛盾し無い感覚刺激応答を実現し、その結果を学会発表した。また、C.エレガンスの全ニューロンから成る神経回路構築の作業を進めた。さらに、全シナプス結合の空間情報を付加した神経結合データベース構築を進めた。計測と数理的解析・モデル化により、C.エレガンスに2種類の誘引性感覚刺激を同時に与えた場合の行動選択の神経系制御機構を中心とした研究を行った。1.2誘因刺激を異なる位置に同時提示した条件下での一匹の虫の行動を解析するソフトウエア開発を進め、誘因物質と誘因温度の同時提示に対する野生種の行動解析に適用してほぼ実用的レベルであることを確認した。また、行動解析および細胞内Ca^<2+>濃度変化計測により、塩刺激と匂刺激の情報が神経系内部で相互作用することを確かめた。2.匂と塩の同時提示及び温度と塩の同時提示に対するに対する行動変異体の行動解析を進めた。以上、1、2については、論文を準備中である。3.線虫神経回路の特徴を取り入れた行動選択の数理モデルを構築しつつある。4.分担者岩崎唯史は、領域代表飯野の研究室で記録されたカルシウムイメージングデータを説明する神経回路モデルを構築することを目的として、少数ニューロンからなる回路モデルを作成し量的に解析して発表した。各ニューロンは数種類のイオンチャネル、カルシウムポンプ、カルシウムバッファーを含み、ギャップ結合と化学シナプスを介してニューロン間の情報伝達が行われる。改善すべき点を残すが実験事実をかなり再現できるモデルとなっている。5.線虫の全ニューロン(302個)を考慮したモデルを目指して回路構築を進めた。感覚刺激に対して正しく前進/後退する回路の作成を初めの目標として、約100個のニューロンからなる回路で線虫の移動運動と感覚刺激に対する応答をシミュレートすることにある程度成功した。この過程で、ノイズ入力に対して回路が準周期的な振る舞いをすることを見出して、学会発表を行った。この現象の原因となる部分回路の同定、及び走性行動を説明するモデルへの改良を進めた。計測と数理的解析・モデル化により、線虫に2種類の誘引性感覚刺激を同時に与えた場合の行動選択の神経系制御機構に関する次の研究を行った。1)移動運動・化学走性・温度走性の行動データの統計解析によって行動選択の神経メカニズムを解明する目的で、一匹毎の線虫の行動を詳細に解析するための解析ソフトウエアを充実させた。特に、(1)運動の定常性からのズレを求めるプログラム、および(2)運動方向を頻繁に変える状態の解析プログラムを作成して、実験者でも解析に使用できることを確認した。プログラム(1)を移動運動の解析に適用して有用性を示す論文原稿を作成中に当該年度は終了した(新貝)。また、プログラム(2)を温度走性、化学走性データに適用しつつある(新貝、岩崎)。2)細胞内Ca^<2+>濃度([Ca^<2+>])変化を計測し、塩とブタノンの同時刺激で神経系内での相互作用を見出したので、行動の結果と共に論文原稿にまとめた(次年度初めに投稿;一條研究員、若林、新貝)。3)神経モデルの研究で次の成果を得た。(1)匂い感覚AWCニューロンの匂い刺激に対する[Ca^<2+>]変化を再現する細胞内情報伝達系モデルを作成し、論文を投稿した(改訂中;新貝)。
免疫細胞の機能制御を標的とした食品因子の肥満関連疾患に対する総合的有用性評価

本研究では、身近な食品因子が免疫細胞の機能制御を介して肥満関連疾患を予防・改善するか解析した。その結果、柑橘類フラボノイドのナリンゲニンは、高脂肪食誘導性肥満マウスにおいて、マクロファージ、CD8(+) T細胞、B細胞、好中球の脂肪組織への浸潤を抑制した。次に、免疫細胞機能に影響を与えるサイトカイン類の脂肪組織における発現変動を検証したところ、ナリンゲニンは、MCP-1、MCP-3、IL-6の発現量を抑制した。さらに、柑橘類フラボノイドのヘスペリジン製剤を用いて同様の実験を行ったところ、ヘスペリジンは、高脂肪食誘導性の脂肪組織へのマクロファージ浸潤を抑制した。免疫細胞の脂肪組織への浸潤とそれに伴う炎症の増悪化は、糖尿病などの肥満関連疾患の発症および進展に深く関与している。そこで、本研究では、免疫細胞の機能制御と肥満関連疾患に対する食品因子の影響を評価することを目的としている。我々は、これまでに、柑橘類フラボノイドの1つであるナリンゲニンが、高脂肪食誘導性の肥満初期(2週間の高脂肪食負荷)の脂肪組織へのマクロファージ浸潤を抑制することを、リアルタイムPCRおよび免疫組織化学染色によって明らかにした。しかしながら、本研究では、より感度良く、効率的に免疫細胞を測定するために、フローサイトメトリーを行うこととした。まず、マウス脂肪組織から間質血管細胞群(SVF)を分離し、免疫細胞の抽出法を構築した。その後、各免疫細胞のマーカー分子に対する抗体の反応条件やフローサイトメーターの調整および測定条件の検討を行い、免疫細胞を識別・測定した。その結果、肥満初期において、高脂肪食による脂肪組織へのマクロファージ(CD11b(+), F4/80(+))の浸潤が確認され、また、ナリンゲニンが高脂肪食誘導性のマクロファージ浸潤を抑制することを確認した。次にCD4陽性T細胞(CD3(+), CD4(+), CD8(-))およびCD8陽性T細胞(CD3(+), CD4(-), CD8(+))の脂肪組織への浸潤を測定した。その結果、高脂肪食による負荷は、CD4陽性T細胞の脂肪組織への浸潤を抑制し、ナリンゲニンはその抑制を回復させた。一方、CD8陽性T細胞については、高脂肪食により浸潤が増加し、ナリンゲニンはそれを抑制した。脂肪組織におけるアディポカインの発現量変動は、抗体アレイを用いて測定した。その結果、高脂肪食の負荷は、MCP-1やM-CSFなどのケモカインの発現量を増加させ、ナリンゲニンはそれを抑制した。本研究を実施するにあたり、フローサイトメーターの調整・修理に手間取ったため、好中球やBリンパ球などの免疫細胞の測定が遅れており、現在、解析中である。また、より詳細なアディポカインやサイトカインの発現量変動を測定する必要があるため、早急に抗体アレイやリアルタイムPCRを実施する。前年度の結果より、高脂肪食および柑橘類フラボノイドであるナリンゲニンの投与によって、マクロファージ、CD4(+)T細胞およびCD8(+)T細胞のマウス脂肪組織への浸潤が変動することが明らかとなった。本年度は、未測定であったB細胞、好中球、制御性T細胞の高脂肪食誘導性肥満マウスの脂肪組織への浸潤をフローサイトメーターで測定した。その結果、高脂肪食によってB細胞および好中球の浸潤が確認され、柑橘類フラボノイドであるナリンゲニンの投与は、これらの細胞の浸潤を抑制した。一方、高脂肪食は、制御性T細胞の浸潤を抑制し、ナリンゲニンはその抑制を阻害した。次に、全身免疫に対する影響を測定するために、脾臓中の免疫細胞数をフローサイトメーターで測定した。その結果、CD4(+)およびCD8(+)陽性細胞数に変動はなかった。また、血清中のサイトカイン量を抗体アレイで測定したところ、数種類のサイトカイン(EGF、IL-28など)に変動が見られた。脂肪組織からの核酸抽出は技術的に難しく、リアルタイムPCRによるアディポカインおよびサイトカインの発現量測定が遅れている。今後、早急に抽出法の改善を図る。前年度に引き続き、肥満マウスの脂肪組織への免疫細胞浸潤に対する柑橘類成分の効果をフローサイトメーターで測定した。その結果、柑橘類フラボノイドのナリンゲニンが、高脂肪食によって誘導される脂肪組織への好中球浸潤を有意に抑制することを確認した。次に、好中球浸潤制御のメカニズムを解明するため、脂肪組織中のケモカイン・サイトカイン類の発現量変動をリアルタイムPCRで網羅的に測定した。その結果、IL-6、Mip-2、MCP-3の発現量がナリンゲニンによって抑制されることを確認した。また、柑橘類フラボノイドのヘスペリジンの糖転移誘導体(糖転移ヘスペリジン)を用いて同様の実験を行った。

糖転移ヘスペリジンは、ヘスペリジンのバイオアベイラビリティを改善した製剤であり、サプリメント等の機能性食品素材として活用されている。これまでに血清脂質異常や血流の改善効果等について報告があるが、脂肪組織への免疫細胞浸潤に対しては不明である。本研究では、高脂肪食負荷マウスに糖転移ヘスペリジンを摂取させ、脂肪組織への免疫細胞浸潤に対する影響を確認した。その結果、糖転移ヘスペリジンは、マクローファージの浸潤を抑えることを確認した。また、肥満初期から、脂肪組織中のMCP-1発現量を有意に抑制することを確認した。さらに、経口グルコース試験およびインスリン負荷試験において、糖転移ヘスペリジンは肥満による高血糖を改善することを確認した。現在、これらの研究結果について、論文投稿準備中である。本研究では、身近な食品因子が免疫細胞の機能制御を介して肥満関連疾患を予防・改善するか解析した。その結果、柑橘類フラボノイドのナリンゲニンは、高脂肪食誘導性肥満マウスにおいて、マクロファージ、CD8(+) T細胞、B細胞、好中球の脂肪組織への浸潤を抑制した。次に、免疫細胞機能に影響を与えるサイトカイン類の脂肪組織における発現変動を検証したところ、ナリンゲニンは、MCP-1、MCP-3、IL-6の発現量を抑制した。さらに、柑橘類フラボノイドのヘスペリジン製剤を用いて同様の実験を行ったところ、ヘスペリジンは、高脂肪食誘導性の脂肪組織へのマクロファージ浸潤を抑制した。一部未測定の免疫細胞の動態を早急に解析する。また、より肥満初期のアディポカインやサイトカインの発現量変動を測定することで、免疫細胞の動態との連関を解析する。次に、培養細胞や組織から分離した細胞を用いて、免疫細胞の動態に関与するサイトカインやケモカインレセプターなどの発現量変動を測定することで、各細胞の機能制御に対する影響を解析する。また、TSODマウスなどの病態モデル動物を用いて、ナリンゲニンを投与後の免疫細胞の動態およびアディポカイン等の発現量の変動を測定する。以上の研究を推進することで、食品因子の疾患・病態予防および改善機構の解明を図る。脂肪組織への免疫細胞の浸潤制御メカニズムを解明するため、脂肪組織中のアディポカインおよびサイトカインの発現量変動をリアルタイムPCRで測定し、再現性をとる。また、3T3-L1脂肪細胞等の培養細胞を用いて、アディポカイン・サイトカイン発現に関与する細胞内シグナル伝達経路に対する影響を解析する。さらに、ナリンゲニン以外のフラボノイド類の免疫細胞浸潤に対する影響を解析する。生化学、分子細胞生物学、医療薬科学年度末に向けて、日常的・継続的に使用する実験用試薬や消耗品の突発的な支出に対して、少額の予算を残しておいたが、結果的に使用しなかった。次年度の助成金と合わせ、実験用試薬や消耗品の購入にあてる。吉田裕樹:柑橘類フラボノイドのナリンゲニンに肥満関連疾患予防の可能性(記事)、Medical Tribune、2015.11.5. Vol.48, No.45.
単一周波数、波長可変深紫外コヒーレント光源の開発と核スピン半導体原子の光学制御

近年、核スピン0を持つ質量数28のシリコン基板に、核スピン1/2を持つ質量数29のシリコン原子を制御・配列することで、核スピン半導体デバイスの開発が期待されている。しかし、核スピン半導体原子は深紫外の光と作用する性質があり、同波長域において、実用的な単一周波数、波長可変光源が開発されておらず、共鳴レーザー光を用いた分光実験や光学制御が全く行われて来なかった。1.核スピン半導体原子の光学制御のための光源は、狭線幅と高強度の性能を有する必要がある。しかし、一般的に両方の性質を1台の光源に付加させることは難しい。そこで、注入同期技術を利用することで、39MHz以下の狭線幅、2.1×10^3W/cm^2以上の高ピークパワー、60GHz以上の広帯域波長可変性を併せ持つ光源を開発した。また、長時間における、発振波長、および出力安定性の評価から、同光源は核スピン半導体原子の光学制御に有用であることを明らかにした。2.同光源をシリコン原子の光ガルバノ分光に適用することで、光源線幅による広がりを無視できる精密原子分光を実証した。また、各実験条件の依存性から、200Vの低い放電電圧、4mmの大きい陰極内径の時に、シリコン原子を効率よく発生可能であることを明らかにした。さらに、精密な分光測定から、シリコン原子の遷移周波数を同定しただけでなく、光源線幅をも明らかにした。3.同光源を原子ミラーに適用した場合の、同位体シリコン原子の反射特性をシミュレーションした。各同位体が原子ミラーから受ける力は異なる。それゆえ、原子ミラーを利用して、各同位体、つまり核スピン半導体原子を個別に制御・配列できることを明らかにした。本研究の成果は、核スピン半導体デバイスの開発に強力な推進力を与えるものである。
初期資料から見るルターの思想構造

ルターの思想構造を生成から捉える基礎研究。最初期(1509-11)資料研究・エディション(2009刊)を踏まえ、次いで古い現存資料「第1回詩篇講義」草稿(付加を含め1513-16)の分析(筆跡、インク、紙質・透かし等)により、テクスト成立順の研究を進めた。成果の一部は、ドイツで宗教改革の里程標となった諸文書を解説する単行本の中で既刊。また1520年に提示された聖書解釈原則「聖書は自らの解釈者」の成立過程と内実を明らかにし、本年ドイツで刊行予定の論集に寄稿。さらにメランヒトンの聖書注解への注記(1536年頃)の初エディション(初期資料を顧慮した注解付)が、ドイツの「ルター年鑑」本年号掲載予定。前年度に引き続き、ルター初期テクストの分析およびドイツ各地における資料調査を中心に研究を進めた。また、数年おきに開催される国際ルター学会がヘルシンキ(フィンランド)においてちょうど本年度8月に開催されたため参加し、分科会で口頭発表を行うとともに各国の研究者との意見交換を行った。口頭発表の内容は、刊行が予定されている論文集のために帰国後大幅に加筆し、2013年4月末に脱稿して編纂者に送付したところである。また、ヴィッテンベルクにおける資料調査の成果の一部として、ルターのメランヒトンへの未刊の注記の解読を終え、小部ながらエディション稿の形にまとめた。これは、2014年度のルター年鑑(Luther-Jahrbuch)への掲載が予定されている。また、本研究の中心的対象である第一回詩篇講義草稿については、一連のルター文書がユネスコ世界記憶遺産に登録申請されるに際して、その根拠づけのため刊行される論文集において、草稿の状態および伝承史の分析・叙述を担当し、2012年12月に編集部に送付した(現在印刷中)。なお、第一回詩篇講義草稿は、校訂詩篇テクスト刊行およびそれへの行間注・欄外注(ヴォルフェンビュッテル・アウグスト公図書館蔵)と講解草稿冊子(ドレスデン州立兼大学図書館蔵)に分かれた形て伝承されており、ユネスコへの登録申請に関して当初は前者のみが対象とされていたが、筆者が強く主張した結果、両者ともに申請されることになったと聞いている。筆者の叙述は両者それぞれの伝承についての16世紀以来の原資料に基づいたものである。草稿の古文書学的分析に関しては、ヴォルフェンビュッテル、ドレスデン両図書館で分析を進め、その際、ドレスデン工科大学の紙の研究者の協力も得ることができた。平成13年度は、それまでの調査を継続し、「第1回詩篇講義草稿」を成す2資料、ヴォルフェンビュッテル蔵「ヴォルフェンビュッテル詩篇」、ドレスデン蔵「詩篇釈義草稿」の、製本状態、紙の透かし分析などにわたる詳細な調査による成立順の分析を行なったことに第1の重点があった。出張研究ではその他、書籍、データベースなどの調査を行なった。3年間に渉るこの資料研究の一端は、「第1回詩篇講義」の草稿の特徴とその伝承過程を述べる論文として、「Meilensteine der Reformation(宗教改革の里程標)」で公刊された(平成14年2月)。マインツでの専門研究者国際コロキウム(平成12年2月)の成果をまとめた単行書であるが、その際の筆者の発表をその後の研究に基づいて大幅に拡大したものである。また、初期ルターの聖書釈義のひとつの到達点である「聖書は自らの解釈者である」という解釈学的命題の成立過程と内実について、12年8月の国際ルター学会(ヘルシンキ)での分科会で発表していたが、これもその後の研究成果を加えて大幅に拡大し、単行書「Autoritaet und Autoritaeten beim jungenLuther(若きルターにおける権威・諸権威)」(2014年刊行予定)所収論文として編纂者に送付した(13年9月)。さらに、11年度、12年度に現地調査・解読に当たったヴィッテンベルク蔵の、ルターによるメランヒトンの聖書釈義への欄外注記(1530年代半ば、未刊)も、解読上の諸問題はじめ、中世神学、後のプロテスタント正統主義神学、さらにルター初期聖書釈義との比較等に関する注解を付したエディションにまとめた(12ー13年度)。これは、「Lutherjahrbuch (ルター年鑑)」2014年号に掲載予定となっている。研究プロジェクトの成果全体をまとめる大規模な著作にはなお時日を要する。一方で、ここ10年ほどを中心に関連する専門研究文献を収集、問題設定や視点、また解釈の概観を得た。他方、ルターの「神の義」

新理解獲得の時期の問題で焦点となる「第1回詩篇講義」自筆草稿は、それぞれの箇所の筆記時期・筆記順序が必ずしも明らかでなく、そのことが上記の問題にとって重要になると考えられる。そのため、両草稿をファクシミリ版・pdf版で検討したのち、ドイツ連邦共和国ヴォルフェンビュッテル・アウグスト公図書館およびドレスデン大学図書館で特に許可を得て、現物にあたることができた。また、ヴィッテンベルク福音主義神学校図書館では、これに続く時期のヒエロニムスへの注記の現物を、これも特別な許可を得て調査することができ、現行校訂版(2000年刊行)に多くの誤読があることが判明した。さらに、イエナ大学図書館では、後年の回想の多くを含む、1530年代以後の「卓上談義」の筆記テクストの現物を調査し、かつ関係する研究プロジェクトの様子を知ることができた。こういった平成23年度の調査ですでに多くの点を確認することができたが、特に草稿の分量の多い第1回詩篇講義はじめ、字体・インク・紙の相違等の詳しい分析は時間がかかるため、調査は今年度以降も継続する。また、そのような古文書学的分析と並んで、第1回詩篇講義テクストの分析からは、ルター初期の決定的転回を捉えるには、「神の義」概念ばかりでなく、「審判」、「告発」、「自己告発」、「自己認識」、「神認識」等の、関連する概念ないし観念の内実および文脈に関する、神学伝統との比較の重要性が、これまでに増して明らかとなり、主にミーニュ編「教父全集」に集められている古代・中世のテクストから、関連の箇所を集め、分析を始めた。この思想史・敬虔史的な伝統との突合せと、古文書学的分析とを関連付けることによって、研究課題をもっともよく果たすことができる、という見通しを得ている。研究実績については上記のとおりである。成果を度数として表すことは研究内容にそぐわないが、資料調査・分析については順調であり、また期間中の刊行物については、全体のテーマをまとめたものではないものの、予定を超える成果であると言える。研究過程でとくに困難が生じるということはなかった。予定通り、資料調査と資料分析、テクスト解釈、中世テクスト、研究文献の参照によって進める。研究計画に従い、また、23年度に達成されたことを受けて、古文書学的調査・分析と、テクスト解釈、伝統との比較を続ける。予定通り、海外調査費を大部分とし、残りを文献購入に充てる。当初の研究計画どおりに考えている。
大量NOAAデータ処理における雲域除去方法の開発

本研究は、既に既に提出してある研究実施計画に基づいて行われた。以下に研究実績の概要を述べる。(1)雲域アルゴリズムの検証従来ミニコンピュータで用いていた解析プログラムをスーパーコンピュータ(SX-3/44R)へ移植し、その評価を行った。その結果、従来3時間の処理を要していたケースでは1分に短縮され、また従来は不可能であった4001x4001サイズの処理が可能になった。(2)雲域抽出と解析次数の関係解明4次元まで解析を同時に行うプログラムを開発し、従来の3次元までの解析と比較検討を継続している。10年間分のNOAA AVHRRデータをスーパーコンピュータに移行し解析するシステムを構築した。移行の対象となるデータ量は約3テラバイトにもおよび、この作業は平成9年度一杯掛かる見込みである。また、1カ月分のデータ量をスーパーコンピュータで一度に処理することができた。その結果は投稿準備中である。スーパーコンピュータでの雲域除去プログラムは開発中である。全体を通じて研究は継続中であり、今年度の成果としてスーパーコンピュータで1年間分のデータ処理を行う環境が整った。さらに、本研究成果である雲域除去アルゴリズムを利用して、極東地域の大規模森林火災解析の応用研究(印刷中)を行った。
ウエッブ学習環境における参照履歴の構造化による理解モデルマイニングの研究

ウエッブ学習のページ参照関係をノードとエッジで構成した状態遷移モデルを、150名以上の参照履歴データの統計処理によって抽出するプラットフォームを完成させ、成果をGlobalLearnAsiaPacific2011で発表した。次にウェッブ学習者が期待する支援内容のアンケート分析結果から、参照ページの状態遷移関係の類似性をもとに学習者の知識状態を推定する理解モデルマイニングを考案し、学習の継続が困難となった学習者に対して、状態遷移モデルからこれまでの学習遷移過程にもっとも近い候補を検出して学習者に提示する方法を確立した。この成果はSITE2013円卓会議で説明した。本研究は、e-ラーニング学習環境で提供されるウエッブページ教材の学習者を対象に、ウエッブ構造マイニング1)により知識抽出を行って学習者の理解モデルを推定する方法を確立し、学習者との相互作用をこれまでよりも多様に行えるようにすることを目的とする。具体的には、1.学習者のページ参照関係をノードとエッジで構成した状態遷移モデルに構造化して、2.学習者の症状(誤理解など)を観察して遺伝子機能推定をはかるノックアウトスタディ2)を適用し、3.参照ページの状態遷移関係からターゲットに選んだページを欠損させる(ノックアウト)ことにより、4.学習者に予想される症状の推定を可能にするような、理解モデルマイニングを提案する。22年度は1.と2.について研究を進め、ウエッブ学習者の多数の参照履歴の統計処理による状態遷移モデルの分類、ノックアウトとテスト結果を関係付けることによって誤理解のもとになる知識(ページ)の参照関係の抽出を行うため、インパス駆動支援プログラムを完成させた。実際に、150名以上の受講学生データを分析し、成果をGlobal Learn Asia Pacific 2011において発表した。2)松永務,"情報間参照構造に基づく関係性解析による疾患関連遺伝子の探索(データマイニング)",電子情報通信学会論文誌.D-I,情報・システム,I-情報処理J87-D-I(11),pp.991-1000(2004)本研究は、e-ラーニング学習環境で提供されるウエッブページ教材の学習者を対象に、ウエッブ構造マイニング1)により知識抽出を行って学習者の理解モデルを推定する方法を確立し、学習者との相互作用をこれまでよりも多様に行えるようにすることを目的とする。22年度までは1.と2.について研究を進め、ウエッブ学習者の多数の参照履歴の統計処理による状態遷移モデルの分類、ノックアウトとテスト結果を関係付けることによって誤理解のもとになる知識(ページ)の参照関係の抽出を行うため、インパス駆動支援プログラムを完成させた。23年度は提案手法の有用性を評価する実験を行う予定であったが,学部改組のために授業科目が変更されてしまい,受講生の確保が出来なくなった.そのため,ノックアウトスタディ機能を教材に依存しない支援に限定し,10名の学生に適用した.結果は,プログラミング初心者ほど,有用性が他会と言う結論となり,最終年度の24年度は方法のまとめと報告(国際会議と学会誌)の予定である.本研究は、e-ラーニング学習環境で提供されるウエッブページ教材の学習者を対象に、ウエッブ構造マイニングにより知識抽出を行って学習者の理解モデルを推定する方法を確立し、学習者との相互作用をこれまでよりも多様に行えるようにすることを目的とする。具体的には、1.学習者のページ参照関係をノードとエッジで構成した状態遷移モデルに構造化して、2.学習者の症状(誤理解など)を観察して遺伝子機能推定をはかるノックアウトスタディを適用し、3.参照ページの状態遷移関係からターゲットに選んだページを欠損させる(ノックアウト)ことにより、4.学習者に予想される症状の推定を可能にするような、理解モデルマイニングを提案する。22年度は1.と2.について研究を進め、ウエッブ学習者の多数の参照履歴の統計処理による状態遷移モデルの分類し、プラットフォームプログラムを完成させた。実際に150名以上の受講学生データを分析し、成果をGlobal Learn Asia Pacific 2011で論文発表した。23年度はこの結果を分析し、学生のアンケート結果も加味してシステム機能の再構築を諮った。

すなわち、3.と4.については、ノックアウトとテスト結果を関係付けることによって誤理解のもとになる知識(ページ)の参照関係の抽出を行うインパス駆動支援を可能するには、学習者の理解の曖昧さや参照関係の複雑さから、膨大なデータ分析を必要とし、支援方法を確立しても学習者が支援結果を適切に活用できそうにないと判断した。そこで24年度は、学習者の大量の状態遷移データをもとに学習の継続が困難となった学習者に対して、これまでの学習遷移過程にもっとも近い状態遷移データ候補を検索して、学習者に提示する方法を確立した。プラットフォームを改良し、システム評価を行った結果、高い有用性が示せた。この成果はSITE2013円卓会議で説明した。作成したプラットフォームの機能を明らかにできた.24年度が最終年度であるため、記入しない。22年度のプラットフォームをもとに,提案システムの有用性を確認する実験を計画し,23年度に実施した.申請時に必須科目であった基礎プログラミング演習が,学部改組のためにカリキュラムから削除されたため,実験に参加できる学生を確保できなくなった,このため,この授業を受けていない他学科学生10名に、評価実験を実施したところ、プログラミング初心者ほど,提案したガイダンスの効果が大きいことが判明した.なお,マイニングデータは改組前の学科学生のものであり,それ以外の学科学生に有効であるかは,特にノックダウン手法の適用に対して疑問が残るため,24年度ではこのことを中心に研究を進めるとともに,国際会議発表と学会誌への投稿を行うこととした.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノグラフェンの端の精密科学：エッジ状態の解明と機能

ナノグラフェンの電子状態は端の幾何学構造により大きく影響を受ける。この問題は、固体物理学からは、質量のない相対論的Dirac電子の境界条件の問題としてまた、化学の視点からは、Clarの芳香族則の問題として捉えることができる。本研究では、STM/STS、AFM、Raman効果、NEXAFS、磁気測定、電子輸送測定を通して、ジグザグ端構造では、局在非結合状態が発生し、この状態は端の化学構造にも大きな影響を受けること、アームチェア端構造では電子波の干渉が起こり、電子的安定化が起ることを実験的に解明した。グラファイトの一枚のシート(グラフェン)と縮合多環系芳香族炭化水素分子の間に位置するナノグラフェンの電子構造は端の形状の幾何学構造に大きく依存し、ジグザグ型の端には特異なエッジ状態と呼ばれる局在スピンをもったπ電子状態が形成される。このようなエッジ状態は、電子授受機能、化学反応活性点として働き、その局在スピンは分子磁性設計の要素となる。本研究では、ナノグラフェン端の原子分解能での電子構造の解明により「ナノグラフェンの端の精密科学」を創成するとともに、炭素2次電池、キャパシタ、触媒等の仕組みの基礎となるグラフェン端での電子授受機能・化学反応性の解明、エッジ状態に基づく分子磁性体の開拓、電子・スピン機能を用いた分子素子への発展を目指す。(1)グラフェン端の極低温トンネル顕微鏡を用いた解析により、3回対称超格子の他、6回対称超格子が存在することを明らかにした。この6回対称超格子は、強結合近似での計算の結果、アームチェア端における入射波と散乱波の干渉効果により発生するアームチェア端特有のものであることを明らかにした。(2)酸素プラズマと微細加工により、ナノグラフェンリボン、ナノグラフェンドット、ナノグラフェン正方格子を作成し、グラフェン形状と端によって生じる電子輸送への効果を15Tまでの磁場印加によって調べた。この結果、サイクロトロン運動が形状により大きく依存することが明らかとなった。(3)ナノグラフェン端をスルフォン化した活性炭素繊維の磁性とその水物理吸着効果を磁化率、ESRにより調べ、スルフォン化による電荷移動効果によりエッジ状態スピン濃度が減少し、また、スルフォン基の存在による親水化によって、吸着水の機械的圧力効果が増大することが明らかとなった。(4)活性炭素繊維のナノグラフェン端のスピンの動的挙動をESRを用いて調べ、隣り合うナノグラフェンシートのエッジ状態スピンが15K以下の低温下では、互いに熱的に孤立し、ガラス的な凍結状態を起こすことを明らかにした。(5)電気化学環境下でのグラフェン端での電子・イオンの授受機構の解明に向けて、トンネル電流を用いるSTMだけでなくAFMを適用するための液中FM/AFMの予備実験を進め、その結果に基づき仕様を定めた電気化学走査プローブ顕微鏡を主要設備として本年度末に導入した。(6)ナノグラフェンにおける電子伝導機構において、端の形状とその乱れが与える影響について、理論的な側面から解析を行った。ジグザグ型エッジを有するナノリボンでは、長距離型不純物に対して電子伝導の影響を受けにくく、完全伝導チャネルを有することを示した。さらに、グラフェン結晶軸と伝導度の相関を数値的に明らかにした。(1)ナノグラフェンが3次元的無秩序ネットワークを組む活性炭素繊維(ACF)のエッジ状態スピンの動的挙動をESRと伝導度により明らかにした。30K以上の高温では、ナノグラフェン間の電子ホッピングが頻繁に起こり、エッジ状態スピンは、動的先鋭化の影響を受ける。ここでは、ナノグラフェンシート一枚の磁気挙動が浮き彫りにされ、局在エッジ状態スピンと伝導π電子の間に大きな相互作用のあることが明らかとなった。また、30K以下の低温では、ESRシグナルは不均一なブロードニングを受け、一つ一つのナノグラフェンが異なる磁気環境にあることが明らかとなった。また、このことから、任意形状のナノグラフェンはフェリ磁性構造をもつことが明らかとなった。(2) ACFのナノグラフェン端をスルホン基で修飾し、水吸着を行うと、ナノグラフェンシートがフェリ磁性的挙動を示すことが明らかとなった。(3)ナノグラフェンリボンのNEXAFSスペクトルの熱処理依存性を解明した。未処理試料においては、Fermi準位付近にエッジ状態が観測され、2000°C付近の熱処理により、グラフェン端が消滅し、エッジ状態の寄与がなくなることが見出された。また、同一試料を用いたESR測定から、エッジ状態は局在スピンを持つことが明らかとなった。(4)エッジ状態が発現するphenaleny1が連結された骨格をもち、段階的Redox特性をもつ分子をHOPG上に固定化し、電気化学SPMで孤立分子の観察に成功した。Redox過程に対応した分子の電子状態変化の測定を継続中である。(5)グラフェンにおける端構造に依存したコーン異常を理論的に解明し、ラマン分光実験の解析をサポートした。

またナノリボン接合系における整流特性と端構造との関係性を理論に明らかにした。(1)相対角25°を有するグラフェンの鋭端でのラマン散乱の実験を行った。アームチェア端と特定される端から反対側の端までスキャンし、ラマンGバンドの強度、シフトを観測した結果、強度は場所依存性を持たないにもかかわらず、大きなシフトが観測された。このことは、アームチェア端と25°をなす反対側の端が大きなアームチェア端成分をもつこととともに、大気中に存在する酸素の吸着による電荷移動が2つの端で大きく異なることを示唆している。(2)酸化グラフェンを非接触AFMにより調べ、約9nmの間隔で配列した1次元皺の周期構造を見出した。これは、ジグザグ方向に、エポキシリング配列することによって出来る酸化構造であり、1次元酸化グラフェンを挟んで、ジグザグナノグラフェンリボンが形成されたことと理解される。また、AFM針により、意図的にカットすることにより、グラフェンナノ構造の作成に成功した。(3)グラフェンのアームチェア端近傍にhexagonalな超格子構造とその3回対称の微細構造を見出した。理論解祈により、これは、アームチェア端における電子波のK-K'谷閥散乱による干渉効果であることが明らかとなった。(4)端構造が修飾されたナノグラフェンの電子状態を、強結合模型および第一原理計算によって解析することで、AB副格子間に強い非対称を導入することで磁性発現が可能であることを理論的に提案した。また、グラフェンナノリボンのラマン分光特性を、連続体模型によって解析し、グラフェンの端形状に依存した偏向依存性を明らかにした。(5)イオン液体中でグラファイト電極との界面にイオン液体のイオンペアの大きさに相当する層からなるステップ構造が生じることを電気化学FM-AFM観察により見いだした。平坦で電荷をもたないグラファイト電極上でも局所的に厚みの異なる層構造が液体中でも安定に存在することを示した。(1)グラファイトにArスパッタリングでナノホールを空け、さらに水素終端し、超高真空STM/STS観察を用いて、孔形状に依存するグラフェン端の電子構造の解明を行った。この結果、水素終端構造を反映した多様なエッジ状態の構造が観測され、DFT計算による解析をおこなった。エッジ状態に1水素化、2水素化、水素付加への立体障害による影響が見出された。また、120°、60°の角度をなす2つのジグザグ端でのエッジ状態分布に差があることが明らかとなった。(2)酸化グラフェンの還元により得られたグラフェンナノ構造のSTM、AFM観察により、電子分布の形による効果を調べた。その結果、アームチェア端を有するナノ構造では定在波が観測され、また、ジグザグ端を有するナノ構造では、電子の非局在状態が観測された。この結果はClarの芳香族則を満足するものである。(3)ナノグラフェン端のエッジ状態と端の化学環境をNEXAFSにより調べた。熱処理を進めると、酸素を含む官能基が次第にとれ、エッジ状態の寄与の変化がみられた。また、HNO_3との電荷移動により、エッジ状態の占有率が減少することが明らかとなった。