hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
更新世終末から完新世前半期の環境変動と人類活動の変化に関する比較考古学的研究

本研究は,更新世終末から完新世前半期の日本列島における人類活動の変遷を,第四紀学的・生態学的視点から,人類と環境との相互作用系の変遷史として理解することを目的としている。具体的には,当該期の遺跡出土の種実遺体を分析し,あわせて放射性炭素年代測定を有効に活用することで,環境変化と人類活動の変化との関係を実証的に検討することである。平成18年度は,主に平成17年度の研究成果を公表することに重点をおいた。まず,17年度に実施した,縄文時代中期から後・晩期の低地遺跡である東京都東村山市下宅部遺跡における土器付着炭化物と植物遺体の放射性炭素年代測定の成果について,日本考古学協会において口頭発表を行い,日本植生史学会においてもポスター発表をおこなった。また,下宅部遺跡における研究成果を『考古学研究』誌(2007年3月掲載)と『植生史研究』誌(掲載予定)に公表した。新たな分析としては,後期旧石器時代の尖頭器石器群の遺跡である,新潟県の真人原遺跡C地点の発掘調査において炭化材の採取を実施し,放射性炭素年代測定試料を得た。これに加え,発掘調査がすでに終了している真人原遺跡A地点の試料を加え,これらの炭化材を2006年12月から2007年2月の間に,東京大学の放射性炭素年代測定室で化学処理を実施した。化学処理済みの試料は,2007年3月に東京大学工学部に設置されている加速器質量分析計で年代測定を実施した。研究成果について,4月以降に公表する予定である。本研究は,更新世終末から完新世前半期の日本列島における人類活動の変遷を,第四紀学的・生態学的視点から,環境の利用形態,人類と環境との相互作用系として理解することを目的としている。具体的には,当該期の遺跡出土の種実遺体を分析し,当該期の植生変化と植物質食料資源利用の変化との関係性を追及することにより,環境変化と人類活動の変化との関係を実証的に検討することである。また,ヨーロッパの当該期の狩猟採取民の生業活動との比較研究から,既存の縄文時代という枠組みを相対比することも目的としている。これらの目的を達成するため,平成17年度は以下の調査・研究を実施した。(1)北ドイツにおける最終氷期最寒冷期の適応形態の一事例を示す,ヴィースバーデン・イグシュタット遺跡における一般調査と既発掘資料の調査。(2)大型植物遺体(種実遺体)分析の基礎となる,現生の比較標本の収集。(3)東京都東村山市下宅部遺跡における,土器付着炭化物および植物遺体の放射性炭素年代測定の実施と、大型植物遺体の分析による植物利用状態の時間的変遷についての研究。17年度はこれらのうち,特に(3)に重点を置いて基礎的な資料を蓄積した。これまで下宅部遺跡の土器付着炭化物,種実遺体,木材遺体の合計約90点の試料について,放射性炭素年代測定を実施した。これにより,主に関東平野南部における,縄文海進終了後,考古編年でいえば,縄文時代中期後晩期の約2800年間における考古編年の時間的位置づけを明確化するとともに,植物質食料資源利用の変遷についての有効な資料を得た。現在,これらの成果を論文として取りまとめている。
マウス胚における動・静脈形成

マウス胚における血管形成過程を細胞レベルで解析するために、解析を行ってきた。体節に由来する細胞の系譜を検証するために、体節特異的にCreリコンビナーゼ遺伝子を発現するMoxl-Creマウスと、Cre-loxPシステムに依存してlacZレポーターを発現するRosa-floxed-lacZマウスを掛け合わせて得られる胚を解析した。血管内皮細胞マーカーとの共染色を行ったところ、心大血管流出路を形成する血管内皮細胞の一部がlacZ陽性であることが分かった。さらに、背側大動脈周囲の平滑筋細胞の多くもlacZ陽性であったが、背側大動脈・神経周囲血管叢・肢芽の内皮細胞にはlacZは検出できなかった。このことから、体節に由来する内皮細胞は低頻度にしか存在しないことが示唆された。同時にMoxl-CreマウスとFlklコンディショナル・ノックアウトマウスを掛け合わせて、血管内皮細胞の分化に必須の分子Flklを体節特異的に欠損させ、血管構築における役割を解析することを行った。血管内皮細胞への寄与が少ない結果と一致して、解析したコンディショナルノックアウトマウスにおいて、血管構造の明らかな異常は検出できなかった。また昨年度より、体節内に血管内皮前駆細胞が発生し高次血管構築に寄与する過程を観察するために、Flkl-EGFPマウス胚を用いてタイムラプス解析を試みてきた。明視野タイムラプス撮影は可能であったものの、水銀ランプ光を当てると器官発生の進行が傷害されていた。マウス胚組織を長時間培養しながら、水銀ランプ光源下でFlkl-EGFP陽性の血管内皮前駆細胞を観察するためには、さらなる条件検討が必要である。マウス胚における血管形成過程を細胞レベルで解析するために、タイムラプス解析を行った。血管内皮前駆細胞の発生と細胞移動を可視化するために、Flk1遺伝子座に蛍光タンパクEGFP遺伝子をノックインした胚のFlk1-EGFP陽性細胞をspinning diskconfocal microscopeを用いて撮影し、得た画像をdeconvolution softwareで処理して画像の鮮明化を図った。タイムラプス解析には、子宮から採取した胚あるいは胚由来組織片を倒立顕微鏡のステージ上で静置培養して、正常発生させながら観察することが必要である。マウス全胚静置培養の条件検討のため、50%DMEM/50%ラットIC血清を基礎培地として通常のCO_2インキュベーター内でテストを行い、胎生7.75日目から16時間の胚発生を行わせることができた。同様の条件で胎生8.5日目胚の静置培養も、短時間ではあるが正常に近い発生を再現できた。胎生8.5日目胚においては、卵黄嚢のみを除いた全胚培養に加えて、深部にある血管を組織表面に露出させるために胚を矢状断あるいは横断して組織培養を試みた。矢状断した組織は培養中に成長が見られず退縮した。一方、横断した組織は培養後も一定の大きさを保ち、16時間の培養後でもFlk1-EGFPの発現が認められた。そこで、胎生8.75日目のFlk1-EGFPマウス全胚あるいは横断片を倒立顕微鏡のステージ上に設置したチャンバー内で培養し、EGFP陽性血管内皮前駆細胞の観察に取り組んだ。しかしながら、この条件ではCO_2インキュベーター内でテストしたものと比べて器官発生の進行が傷害されていた。水銀ランプ光による組織障害や微妙な培養条件のブレなどが原因となっている可能性が高く、現在さらなる条件検討を行っている。
アルツハイマ-病脳におけるSprouting仮説の生化学的検証

本研究の目的はこの仮説を生化学的に検証することである。もし以上の仮説が正しいとするならば,「再生過程は発達過程を繰り返すという一般原理からAD脳には胎児性抗原が多量するはずである。PHFに対するモノクロ-ナル抗体を調製し,それらが新生児ラット脳にのみ存在するタンパクと反応するかどうか検討した。その結果、2つのPHF抗体の存在が明らかとなった。第1はブロット上可溶性画分に存在する300kDのタンパクを認識し,他は,ブロット上70kDのタンパクを認識した。いずれのものもnewborn ratに特異的でありadult rat brainには認められなかった。前者は微小管結合タンパク質の一つであるMAP5(MAP1B)のphosphorylated formであることが判明した。後者は,精製後一部の部分シ-クエンスを得たがdatabaseの解析から既知のタンパクではないことが判明している。もしCurly fiberが神経細胞体から外へ向かって伸び出したものであるならばPHFのtauのprocessing,modificetionの場所による違いが出てくるはずである。tauのN,C末端に対するポリクロ-ナル,モノクロ-ナル抗体,抗ユビキチン抗体(tauのC末端をラベルするらしい。)を用いdouble labelsをしconfocal microscopyで組織像を検討した。その結果,細胞体内のtangleはN末端切分が除かれているようであり、抗ユビチキン抗体はCurly fiberの近位側の中途から反応がみられた。以上のdataはcurly fiberが縮少しているものでなく成長していることを強く示唆するものである。
日本の技術革新が核融合の進展に果たした役割の研究

環状磁場による核融合プラズマの閉じ込め実験全般にわたる技術革新をまとめることを目標とした。平成21年度(最終年度)は、研究協力者として日本原子力研究開発機構、核融合科学研究所の研究者および企業の研究者に依頼して、高温プラズマの生成や定常保持及びプラズマ電流分布制御に必須な高周波加熱の技術革新をまとめた。内容はジャイロトロンの開発に関するものであり、当面の目標であるITER(国際熱核融合実験装置)の仕様、即ち、周波数170GHz、出力1MW、準定常運転、を満足する電子管に関する技術革新についてである。ジャイロトロンは磁場構造によらず電子加熱に用いられている。成果は、プラズマ・核融台学会誌2010年3月号に掲載される。昨年度の成果である閉じ込め装置本体における技術革新のまとめは2009年5月号に掲載された。一方、世界ではヘリカル型装置による閉じ込め実験も精力的に行われている。1980年代に入りヘリカル磁場配位の最適化が一つの潮流になっているため、我々の活動も含め、その技術的な側面についての歴史をまとめた。最適化はモジュラーコイルの設計に集約され、必要な磁場を与えるコイル群を求めるという所謂磁場における逆問題となっている。これらの解析手法は主にドイツの研究者によって発展させられたが、日本における新しい成果として特異値分解を用いることによってモジュラーコイルの形状を精度良く求めたことが挙げられる。即ち、従来の三角関数によるフーリエ分解では、過度な高周波成分を必要とするが、特異値分解では出力(磁場ベクトルのノルム)/入力(電流ベクトルのノルム)が最大になり、ノイズの低減・データ圧縮が得られる。特異値分解の応用は広範囲にわたるため、ヘリカル磁場の最適化の手法のスピンオフとしてオープン型MRIの実用化に結びついた。環状磁場による核融合プラズマ閉じ込め実験装置の製作に当だっては、限られた予算で最大のプラズマパラメータや物理的成果を得るために、閉じ込め装置本体や加熱装置にしわ寄せがかかる。このため、装置製作上、技術的な困難に直面することになるが、研究者や企業の技術者の努力により、高度な実験装置が製作されてきた。1980年代のヘリカル型装置の低アスペクト比化の流れの中で、CHS(1988年完成)のヘリカルコイルにおいて採用された小断面・中電流導体は、それまでの大断面・大電流導体では得られなかった高い磁場精度を与えた。大断面導体では、渡り・段落とし・口出し部において比較的大きな磁気ダイポールが残り、これが誤差磁場の原因となっていた。CHSヘリカルコイルの巻き線技術の詳細は当該科研費の国際シンポジウムの査読付き論文としてまとめられた。主に企業の技術者に、研究協力者としての立場で日本原子力研究開発機構(旧日本原子力研究所)と核融合科学研究所を含む大学関係の代表的なトカマクとヘリカル型装置を対象として、中型・大型核融合プラズマ実験装置本体の技術的な革新についてまとめてもらった。その内容は、現場の技術者以外は知りえないもので、これまで出版された印刷物には記載されていないインパクトのあるものである。具体的な項目は、トロイダルコイル、ヘリカルコイル、真空容器、支持構造物、真空リーク対策、などである。これは、プラズマ・核融合学会誌に投稿され、査読の後、掲載可となっている。実験装置本体に続き、中性粒子入射加熱、電子加熱用電子管の技術革新についても、企業の技術者に執筆を依頼した。現在、初稿を作成中である。
アミロイド関連うつ病の分子イメージング

高齢者のうつ病患者では認知機能低下が認められ、うつ病による仮性認知症か認知症の前駆症状としてのうつ病なのか鑑別困難なことしばしばある。我々は、アルツハイマー病(AD)群、高齢健常対照群、うつ病と軽度認知障害を併発した高齢患者群を対象に、[18F] florbetapirを用いたアミロイドイメージングを行った。その結果、軽度認知障害を呈したうつ病患者でアミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が平均で70歳以上と有意に高齢であることを確認した。この結果は、若年または成人発症のうつ病より、高齢発症のうつ病がアミロイド病変と関連すること、ADの前駆症状としてのうつ病の存在を示していると考えた。アミロイドイメージングを行った被験者については可能な限り追跡調査を行った。その結果、アミロイド陽性群では陰性群と比較して認知機能が有意に低下することを確認した。続いて新規リガンド[11C]PBB3によるタウイメージングを導入した。AD患者のタウイメージングでは、アミロイドが大脳新皮質や後部帯状回への集積が強く側頭葉内側への集積が弱いのと対照的に、タウは海馬を含む側頭葉内側部に強い集積が認められること、またその集積が症状の重症化に伴い、大脳辺縁系、さらには大脳新皮質の広範な領域へ拡大を示していた。その所見は、剖検脳の神経病理解析に基づくBraakのタウ病期の進行とよく一致していた。さらに、ADの認知症発症に前駆している可能性が考えられる高齢発症うつ病患者を対象に、タウ病変とうつ病症状との関連を検討した。その際には、[18F]PE2Iを用いたドパミントランスポーターおよび[11C]AZ10419369を用いたセロトニン1B受容体イメージングを行い、うつ病の病態に関連すると神経伝達機能の変化を捉えた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。[18F]florbetapirは従来のアミロイド用PETリガンドと比べて敏感度、特異度共に優れており、今後アミロイドイメージングの中心技術となると期待されている。本研究ではまず[18F] florbetapirを用いたアミロイドイメージングの開発導入を行った上で、アルツハイマー病群、軽度認知障害群、健常対照群を対象に[18F] florbetapiによるアミロイドイメージングによる病態診断の意義を確認した上で、うつ病と軽度認知障害の合併例を対象に症例を収集し、アミロイド病変とうつ病との関連を引き続き検討した。その結果、症例数を増やした対象でも、軽度認知症患者でアミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が有意に高齢であることを確認した。この結果は、若年または成人発症のうつ病より、晩発性うつ病がアミロイド病変と関連すること、アルツハイマー病の前駆症状としてのうつ病の存在を示唆していると考えられる。アミロイドイメージングを行った被験者については健康対照を含め可能な限り追跡調査を行った。その結果、アミロイド蛋白が有意に高く集積している群では、集積が低い群と比較して認知機能が有意に低下することを確認した。初年度に引き続き症例を収集追加し、軽度認知症患者でアミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が有意に高齢であることを確認した。[18F] florbetapirは従来のアミロイド用PETリガンドと比べて敏感度、特異度共に優れており、今後、アミロイドイメージングの中心技術となると期待されている。本研究ではうつ病エピソードを既往に持つ軽度認知障害群を対象に、[18F] florbetapirを用いたアミロイドイメージングを行い、軽度認知症患者アミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が有意に高齢であることを明らかにした。この結果は、若年または成人発症のうつ病より、晩発性うつ病がアミロイド病変と関連すること、アルツハイマー病の前駆症状としてのうつ病の存在を示唆していると考えた。さらに、新規リガンド[11C]PBB3によるタウイメージングを導入した。アルツハイマー病患者におけるタウイメージングでは、アミロイドが大脳新皮質や後部帯状回への集積が強く、側頭葉内側への集積が弱いのと対照的に、タウが海馬を含む側頭葉内側部に強い集積が認められること、またその集積が症状の重症化に伴い、大脳辺縁系、さらには大脳新皮質の広範な領域へ拡大を示し、剖検脳の神経病理解析に基づくBraakのタウ病期の進行とよく一致していることが確かめた。以上から、[11C]PBB3で画像化されるタウ蓄積部位の広がりを指標として、アルツハイマー病の認知症発症に前駆するうつ病の病態評価に応用する準備が整った。この他、高齢者のうつ病の病態に関連すると思われるドパミントランスポーターおよびセロトニン1B受容体イメージングを用いた検討を行った。[18F] florbetapirを用いたアミロイドイメージングを用いた研究では、軽度認知症患者でアミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が有意に高齢であることを明らかにした。この結果は、若年または成人発症のうつ病より、晩発性うつ病がアミロイド病変と関連すること、アルツハイマー病の前駆症状としてのうつ病の存在を示す結果としての意義があると考えた。

また、追跡調査の結果、アミロイド蛋白が有意に高く集積している群では、集積が低い群と比較して認知機能が有意に低下することを確認した。[11C]PBB3によるタウイメージングを用いた研究では、アルツハイマー病患者におけるタウイメージングの集積がBraakのタウ病期の進行とよく一致していることが確かめ、[11C]PBB3によるタウイメージングを、アルツハイマー病の認知症発症に前駆するうつ病の病態評価に応用する準備を整えた。[18F] florbetapirは従来のアミロイド用PETリガンドと比べて敏感度、特異度共に優れており、今後、アミロイドイメージングの中心技術となると期待されている。本研究ではアルツハイマー病群、軽度認知障害群、健常対照群を対象に、[18F] florbetapirを用いたアミロイドイメージングによる病態診断の意義を検討した。その結果、軽度認知症患者でアミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が有意に高齢であることを確認した。この結果は、若年または成人発症のうつ病より、晩発性うつ病がアミロイド病変と関連すること、アルツハイマー病の前駆症状としてのうつ病の存在を示唆している。アミロイドイメージングを行った被験者については可能な限り追跡調査を行った。その結果、アミロイド蛋白が有意に高く集積している群では、集積が低い群と比較して認知機能が有意に低下することを確認した。さらに、新規リガンド[11C]PBB3によるタウイメージングを導入した。アルツハイマー病患者におけるタウイメージングでは、アミロイドが大脳新皮質や後部帯状回への集積が強く、側頭葉内側への集積が弱いのと対照的に、タウが海馬を含む側頭葉内側部に強い集積が認められること、またその集積が症状の重症化に伴い、大脳辺縁系、さらには大脳新皮質の広範な領域へ拡大を示し、剖検脳の神経病理解析に基づくBraakのタウ病期の進行とよく一致していることが確かめた。さらに、アルツハイマー病の認知症発症に前駆している可能性が考えられる高齢発症うつ病患者を対象に、[11C]PBB3で画像化されるタウ蓄積部位の脳内分布を検討した。この他、高齢者のうつ病の病態に関連すると思われるドパミントランスポーターおよびセロトニン1B受容体イメージングを用いた検討を行った。[18F] florbetapirを用いたアミロイドイメージングを用いた研究では、軽度認知症患者でアミロイド陽性群は陰性群に比べて、うつ病の発症年齢が有意に高齢であることを確認した。この結果は、若年または成人発症のうつ病より、晩発性うつ病がアミロイド病変と関連すること、アルツハイマー病の前駆症状としてのうつ病の存在を示す結果としての意義があると考えた。[11C]PBB3によるタウイメージングを用いた研究では、アルツハイマー病患者におけるタウイメージングの集積がBraakのタウ病期の進行とよく一致していることが確かめた。さらに高齢発症のうつ病患者を対象にタウ、ドパミントランスポーターおよびセロトニン1B受容体イメージングを用いた検討を行った。
自己修復型金属配線を用いた高機能・高伸縮耐性フレキシブルデバイス

金属ナノ粒子の誘電泳動を用いて断線を自己修復する金属配線において,繰り返し伸縮変形下の修復特性の評価を行った.これまでの研究では,配線に繰り返し伸縮変形を印加した場合における断線時伸び率の変化や修復後抵抗の変化,修復時間の変化といった修復特性は明らかではなかった.そこで本年度は,自己修復型金属配線の設計・製作を行い,繰り返し伸縮変形下における配線抵抗の変化を計測することで,修復特性の評価を行った.1設計・製作:エラストマシートにアクリルフォームを,金属配線に金配線を,金属ナノ粒子分散液に金ナノ粒子分散液(直径50 nm)を用いた.単一のき裂が進展して配線が断線するようにするため,アクリルフォームと金配線の伸び剛性比を1.9に設計した.また,断線箇所に粒子の架橋構造を形成するため,断線時の配線への印加電圧を20 Vrmsに,粒子が断線箇所を架橋した直後の電流を4 mArmsに設計した.2配線抵抗の変化の計測:可動ステージに製作した配線を固定し,ステージを動かすことで配線に引っ張り変形を印加した.配線のインピーダンスを計測し,インピーダンスが増加し配線の断線が確認されたときにステージの移動を止めた.その後,インピーダンスが減少し断線の修復が確認されたあとは,ステージを初期位置に戻し,再び引っ張り変形を印加した.これを繰り返すことで,繰り返し伸縮変形下における配線のインピーダンスの変化を計測した.その結果,断線時伸び率については,1回目の伸縮変形時の値と比べ2回目以降の値の方が小さくなる傾向を示した.修復後抵抗に関しては,1回目の伸縮変形時の値と比べ2回目以降の値の方が大きくなる傾向を示した.修復時間に関しては,1回目の伸縮変形時の値と比べ,2回目以降の値が不規則に増減する傾向を示した.これにより,繰り返し伸縮変形下における自己修復型金属配線の修復特性を明らかにした.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,自己修復型金属配線を用いたフレキシブルデバイスの実現を目的とする.き裂が生じた金属配線を金属ナノ粒子分散液で覆った構造において,配線に電圧を印加すると,き裂にのみ生じる電界によりき裂付近の粒子に誘電泳動力が生じ,粒子がき裂にトラップされ,配線が修復される.デバイス内の配線に生じるき裂の幅は数十um程度であることが多いが,これまで研究では幅が4 umまでのき裂しか修復できなかった.そこで本年度は,より大きい幅のき裂の自己修復を実現することとした.1大きいき裂を修復するための電圧・電流条件の解明:従来研究により,幅が数十um程度のき裂でも,印加電圧を大きくすることで修復が生じることが予想されたが,実際には修復は生じなかった.そこで本研究では,き裂を架橋した粒子に流れる電流に着目した.これはつまり,粒子がき裂を架橋すると同時に,印加電圧によって生じる電流が架橋した粒子にジュール熱を発生させ破壊すると考えた.したがって,粒子の架橋後に小さな電流が流れるように印加電圧と電流を制御すれば,修復が生じると考えた.実際に,ガラス基板上にき裂の幅が10 umの金配線を製作し電圧を印加したところ,電圧が17 Vrms以上,電流が41 mArms以下のときに修復が生じることを確認した.同様にして,幅が30 umまでのき裂の修復に成功した.2デバイス内の配線の修復:実際にフレキシブルデバイスを製作し,上記で明らかにした条件をもとに,デバイス内の配線でのき裂の修復実験を行った.製作したデバイスを可動ステージに固定し,電圧を印加しつつ繰り返しの伸縮変形を付加した.実験の結果,デバイスを27%まで引っ張ったところ配線に断線が生じたが,3.4秒後に修復が生じた.また,50回以上の繰り返し修復を確認した.年度の初めは計画通り,自己修復型金属配線のパッケージング化の検討およびデバイス伸縮時のひずみ分布に関する研究を行っていた.これらの研究の過程で,大きなき裂の修復には修復電圧だけでなく,修復時の電流が重要であることを見出した.その結果,伸縮時に自然に発生する10 μm以上き裂の修復が可能となり,来年度以降の計画であった自己修復型金属配線のデバイス応用を今年度で実現することができた.この成果は研究業績にも表れており,筆頭著者として国際論文誌への投稿が1件(条件付き採択の判定で改訂中),国際学会での口頭発表が2件(うち1件は,分野で最も権威のある国際学会で採択率が10 %以下の口頭壇上発表として採択),受賞が1件の成果をあげた.本年度は,フレキシブルデバイスに用いられる金属配線において,き裂の発生形態を決める要因を明らかにした.従来研究において,金属配線を引っ張ったときに,幅は小さいが細かいき裂が多数入ったり,幅は大きいが単一のき裂が入ったりなど,異なるき裂の発生形態が観察されていた.き裂の発生形態は金属配線自体の伸縮性にも影響するが,その要因は未だ明らかではなかった.そこで本研究では,き裂の発生形態を決める要因を明らかにするため,モデル化による解析と実験によるき裂の観察を行った.1き裂発生形態の要因の解析:伸縮基板に埋め込まれた金属配線の変形についてモデルを考え,力のつり合いの関係式から導出を行ったところ,き裂の発生形態は,配線と基板の伸び剛性の比によって決定されることが示唆された.

配線よりも基板の伸び剛性の方が十分に大きい場合(伸び剛性の比がほぼゼロの場合),微細なき裂が多数生じる複数き裂発生形態,その逆の場合,大きな1つのき裂が生じる単数き裂成長形態になることが考えられた.2実験によるき裂の発生形態の観察:1の解析結果を検証するため,伸び剛性の異なる金属配線を製作し引っ張ることで,実際に生じるき裂の観察を行った.直線形状と波形状の2種類の配線を製作し,配線の厚さを変化させることで,配線と基板の伸び剛性の比を変化させた.配線には銅を,基板にはポリウレタンを用い,直線形状の配線の厚さは0.04 μmから1.17 μm(伸び剛性の比は0.03から0.78),波形状配線の厚さは2 μmから10 μm(伸び剛性の比は0.89から3.56)とした.配線の厚さは,従来研究を参考にして決定した.直線形状の配線の場合,伸び剛性の比が0.03のときは複数き裂発生形態が観察され,伸び剛性比が0.35と0.78のときは単数き裂成長形態が観察された.また,波形状配線においては単一き裂成長形態のみが観察された.昨年度はフレキブルデバイス内の金属配線におけるき裂の自己修復を実現しており,昨年度の段階で当初の計画以上の研究成果を挙げた.そのため今年度については,自己修復型金属配線を用いたフレキシブルデバイスの更なる集積化を目指すべく,デバイスの製作プロセスの検討を行った.4月頭から7月末にかけてはドイツの研究機関であるFraunhofer IZMにて研究滞在を行い,デバイスの製作プロセスの検討を行うだけでなく,異文化の中で研究する経験を積むなど,研究者としての能力の向上を目指し研究活動を行った.結果として,ポリウレタン基板上の金属配線の製作プロセスを確立するだけでなく,「金属配線に生じるき裂の発生形態の要因の解明」を行い(前項の研究実績の概要を参照),筆頭著者として国際論文誌に2件が掲載される成果を得た.金属ナノ粒子の誘電泳動を用いて断線を自己修復する金属配線において,繰り返し伸縮変形下の修復特性の評価を行った.これまでの研究では,配線に繰り返し伸縮変形を印加した場合における断線時伸び率の変化や修復後抵抗の変化,修復時間の変化といった修復特性は明らかではなかった.そこで本年度は,自己修復型金属配線の設計・製作を行い,繰り返し伸縮変形下における配線抵抗の変化を計測することで,修復特性の評価を行った.1設計・製作:エラストマシートにアクリルフォームを,金属配線に金配線を,金属ナノ粒子分散液に金ナノ粒子分散液(直径50 nm)を用いた.単一のき裂が進展して配線が断線するようにするため,アクリルフォームと金配線の伸び剛性比を1.9に設計した.また,断線箇所に粒子の架橋構造を形成するため,断線時の配線への印加電圧を20 Vrmsに,粒子が断線箇所を架橋した直後の電流を4 mArmsに設計した.2配線抵抗の変化の計測:可動ステージに製作した配線を固定し,ステージを動かすことで配線に引っ張り変形を印加した.配線のインピーダンスを計測し,インピーダンスが増加し配線の断線が確認されたときにステージの移動を止めた.その後,インピーダンスが減少し断線の修復が確認されたあとは,ステージを初期位置に戻し,再び引っ張り変形を印加した.これを繰り返すことで,繰り返し伸縮変形下における配線のインピーダンスの変化を計測した.その結果,断線時伸び率については,1回目の伸縮変形時の値と比べ2回目以降の値の方が小さくなる傾向を示した.修復後抵抗に関しては,1回目の伸縮変形時の値と比べ2回目以降の値の方が大きくなる傾向を示した.
染色体工学を用いたセントロメアを中心とするゲノムオペレーティングシステムの解明

ゲノム複製や分配が正常に行われるために働くゲノムオペレーティングシステム(ゲノムOS)を理解することは、ゲノム配列が解読された後のゲノム生物学の中心的な課題の一つである。本研究では複雑なゲノムOSの内、ゲノム分配機構に焦点を当て染色体工学的な手法を用いて、高等動物セントロメアの形成機構の解明を目指している。セントロメアは染色体分配に本質的な役割を担うDNA-タンパク質の複合体である。各種生物間において、セントロメアDNAの配列は著しく異なるが、基本的な分配機構は共通していると考えられている。我々は全真核生物に共通した分配機構の解明を目指し、各種セントロメアタンパク質の機能解析を行っている。本年度は、ニワトリB細胞由来のDT40細胞を用いてZW10、CENP-H、Mis6を対象に研究を進めた。ZW10に関する研究として、TETシステムを応用してZW10の条件的ノックアウト株を作成した。その結果、ZW10がチェックポイントタンパク質であることを示唆するデータを得た。さらに、ZW10と相互作用するタンパク質ZW250を同定した。現在ノックアウト細胞を作成中である。また、機能ドメインの解析を行い、ダイニン結合ドメインがチェックポイント機能に必要であるという結果を得た。CENP-Hに関しては、CENP-Hの条件的ノックアウト株を作成した。CENP-Hのノックアウト細胞は分裂中期で増殖を停止して死滅した。抗体染色の結果、CENP-HはCENP-Cのセントロメアの局在に必須な働きを担っていることが明らかになった。Mis6に関してもノックアウト細胞を作成し、Mis6がCENP-Hと協調してCENP-Cのセントロメアの局在に重要であることを示す結果を得た。新しい計画としてプロテオミックスを用いて新規セントロメアタンパク質を同定するために抗CENP-A抗体ビーズを用いた免疫沈降を行った。複数種類の候補タンパク質を得ており、配列解析を行う予定である。
ターミナル・ケアに関する教育方法の研究

1.調査を短時間で集計するため,マークカード方式によるアンケート集計システムを作成した.2.患者のニード調査から明らかになったこと(1)患者はホスピスが必要であることを強く感じていること.(2)ホスピスではなるべく日常的な家庭の生活に近い過ごしかたができるように希望している.(3)疼痛のコントロールが生の質を高める大きな要素となっている.3.実習で学生が学んだ状況を分析して次のように教育内容を構成した.(1)講義の目的(1)末期患者がおかれている社会的背景を理解し生の質を高めるケアのあり方を学ぶ.(2)看護者としての自分の心が患者に与えることの意味を学ぶ.(3)患者と看護者が共に生きるとはどういうことかを学ぶ.(4)ターミナル・ケアにおける役割を考える.(2)教科内容の構成(1)ホスピスの必要性(2)死へのプロセスと各段階でのケア(3)ただそばに居ることの意味(4)疼痛のコントロールの方法(5)希望を持ち続けることの重要さ(6)病名告知の時期を判断する要因となること(7)人間的交流の重要性(8)宗教の役割と意義(9)癌以外のターミナル・ケアの必要性とケアの形態4.(1)実習目標(1)癌患者を対象として,残された生の質を高めるためのケアのすすめ方を考える.(2)疼痛のコントロールの重要性を理解する.(3)患者と家族を一体としたケアの必要性を理解する.(4)看護する側である自分の態度や関わり方を重視し,人間関係を深め発展させる.(2)実習方法(1)期間は36週間とする.(2)ホスピスと一般病棟,地域ケアを含めて実習場とする.5.今後の展望(1)我国の現状から一般病棟でのターミナル・ケアは不可欠である.実習方法で特に注意すべき点は,癌末期という状況では目標を達成するために学生をいそがせるような指導をしてはならないことである.(2)ターミナル・ケアを必要としている患者は癌患者以外でも多く,ケアの場もホスピスだけではなく,一般病棟,地域ケアと多様な形態を取り入れ開拓していく必要がある.1.調査を短時間で集計するため,マークカード方式によるアンケート集計システムを作成した.2.患者のニード調査から明らかになったこと(1)患者はホスピスが必要であることを強く感じていること.(2)ホスピスではなるべく日常的な家庭の生活に近い過ごしかたができるように希望している.(3)疼痛のコントロールが生の質を高める大きな要素となっている.3.実習で学生が学んだ状況を分析して次のように教育内容を構成した.(1)講義の目的(1)末期患者がおかれている社会的背景を理解し生の質を高めるケアのあり方を学ぶ.(2)看護者としての自分の心が患者に与えることの意味を学ぶ.(3)患者と看護者が共に生きるとはどういうことかを学ぶ.(4)ターミナル・ケアにおける役割を考える.(2)教科内容の構成(1)ホスピスの必要性(2)死へのプロセスと各段階でのケア(3)ただそばに居ることの意味(4)疼痛のコントロールの方法(5)希望を持ち続けることの重要さ(6)病名告知の時期を判断する要因となること(7)人間的交流の重要性(8)宗教の役割と意義(9)癌以外のターミナル・ケアの必要性とケアの形態4.(1)実習目標(1)癌患者を対象として,残された生の質を高めるためのケアのすすめ方を考える.(2)疼痛のコントロールの重要性を理解する.(3)患者と家族を一体としたケアの必要性を理解する.(4)看護する側である自分の態度や関わり方を重視し,人間関係を深め発展させる.(2)実習方法(1)期間は36週間とする.(2)ホスピスと一般病棟,地域ケアを含めて実習場とする.5.今後の展望(1)我国の現状から一般病棟でのターミナル・ケアは不可欠である.実習方法で特に注意すべき点は,癌末期という状況では目標を達成するために学生をいそがせるような指導をしてはならないことである.(2)ターミナル・ケアを必要としている患者は癌患者以外でも多く,ケアの場もホスピスだけではなく,一般病棟,地域ケアと多様な形態を取り入れ開拓していく必要がある.1 60年度に実施した患者のニード調査を参考にホスピスで2回目の実習を行った。(1)実習目標の設定は次の通りとした.1)癌末期患者を対象として、残された生の値を高めるためのケアーのすすめ方を考える。2)疼通のコントロールの重要性を理解する.3)患者と家族を一体としたケアーの必要性を理解する。4)看護する側である自分の態度や関わり方を重視し、人間関係を深め発展させる。5)チームでケアーすることの意義を理解する。(2)実習期間は浜松衛生短期大学では学則上は3週間となっているが患者にマイナスの影響を与えないよう考慮して6週間とした。(3)実習生の人数は病棟の患者数が30名足らずであること、職員との人数のバランスを考慮して希望者は多かったが4名に制限した。(4)学生が実習で経験できた内容を要約すると1)ただ側に居て話を聞くだけでも患者の心は安定することが多い.

2)疼通の有無が患者の人格にまで大きな影響を与えている。3)病状がどんなに悪くても何らかの形で希望を持ち続けている。4)一般的に言われている死へのプロセスは決まった順序で進むわけではなく人によって様々であり、段階を進んだり戻ったりしている.5)病名は告知している方がケアーしやすい場合が多いがケースバイケースで知る必要のない患者もいる.6)家族の力が大きく一緒になってケアーしていくことが重要である。7)会話を持てない患者の場合でも看護者の関わり方で反応が違ってくる。以上のことから実習目標は妥当であると考える。また実習期間についても学生と患者の関係に違和感がなく目標を達成するには6週間の期間が必要である。今後の研究のすすめ方として、一般病棟でのターミナル・ケアの教育方法や、地域でのターミナル・ケア、癌以外の方々のターミナル・ケアについても併せて研究したい.
ロシア・アヴァンギャルドの時代における科学と芸術の相互作用

ロシア・アヴァンギャルドの特徴のひとつは、芸術実践が科学理論と密接に関連していることである。具体的なモチーフのレベルでは、共産主義社会における「新しい人間」の創造が特に重要なものとして科学と芸術に共通して現れる。生理学・遺伝学その他の分野における科学の発展によって、アヴァンギャルド芸術においてもこのモチーフに対する関心が高まった。イデオロギーと世界観のレベルでは、ユートピア思想が科学と芸術の双方に見られる。記号論を援用してメタ・レベルで考察した場合、芸術と科学は世界を認識する方法として相互補完的であり、一方の言語/概念を他方の言語/概念に「翻訳」することが非常に生産的な成果を生むことがわかる。本研究はロシア・アヴァンギャルドの時代(特に19201930年代)における科学(生物学、生理学、遺伝学)と芸術の相互作用について、1具体的なモチーフのレベル、2世界観と構造的特徴のレベル、3メタ・レベルの3つのレベルで明らかにすることを目的としている。26年度の課題は「新しい人間」という科学と芸術に共通するモチーフがどのような形式で出現し、科学と芸術の間でどのように影響を及ぼし合ったかを検証することだった。研究の成果は次の通りである。1.「新しい人間」は当時最も重要な生物学的・優生学的な研究テーマのひとつであると同時に、アヴァンギャルド芸術で最もよく取り上げられたモチーフのひとつだった。優生学はロシア革命直後に国の支援を受けて非常にポピュラーになるが、それは共産主義において「新しい人間」を生み出そうとする新政府の方針に沿ったものだったからである。2.アヴァンギャルド芸術の分析に際しては、次の3つの観点を考慮に入れる必要がある。1当時の客観的・科学的な認識、2当時のソ連政府のユートピア的・イデオロギー的な方針、3それぞれの芸術家の美的特徴、である。芸術作品の分析にとってはもちろん美的な観点が最も重要であるが、科学的・イデオロギー的背景を知らなければ、作品の美的な価値を正しく認識することは不可能である。3.たとえば、ブルガーコフの『犬の心臓』(1925)は、その文体やストーリー展開などの観点から評価が高く、この時代に書かれた中編小説の傑作とされている。しかし、ブルガーコフが医師として当時のソ連その他のヨーロッパ諸国でさかんに行われていた生物学的・医学的実験の成果(臓器移植、人間と動物の交配など)をこの作品に盛り込んでいること、さらにブルガーコフが当時の共産主義政府の「新しい人間」を作り出そうとする努力をパロディー化していることを無視した分析は十分とは言えない。27年度の課題は、当時の科学と芸術の在り方を操作していたイデオロギー的傾向と諸機関について調査・分析することだった。研究の成果は以下の通りである。1)1920年代に芸術家たちはしばしば優生学を作品のテーマとして取り上げた。そのような作品に、ブルガーコフの中編小説『犬の心臓』(1925)やトレチャコフの戯曲『赤ちゃんが欲しい』(1926)などがある。2)共産主義において「新しい人間」を生み出そうとする政府の方針により、優生学や遺伝学はイデオロギー的に非常に重要なものだった。そのため、政府はこれらのテーマが芸術作品の中でどのように扱われているかを注視していた。3)20年代後半になると、政府の方針からそれまでのユートピア的傾向が消え、政府は優生学と「新しい人間」を作り出そうとする実験に対して否定的な態度をとるようになった。このような方針の変更により、ブルガーコフの小説『犬の心臓』はいったん出版されながら間もなく発禁処分になった。同様に、トレチャコフの戯曲『赤ちゃんが欲しい』も、上演が計画されながら実現には至らなかった。一方、学問の分野で優生学が禁止されるのはそれから数年の後、1929年のことである。つまり、ソ連政府のイデオロギー的な傾向は芸術の分野に最も敏感に反映されていたと言える。27年度の課題だった、1920年代のイデオロギー的傾向と諸機関についての調査・分析を計画通り実施し、その研究成果を学会等で発表したほか、ブルガーコフの『犬の心臓』を日本語に翻訳し、詳細な注と解説を付けて出版することができた。また、長期休暇を利用してドイツに滞在し、ロシア文学の専門家であるゲオルク・ヴィッテ教授(ベルリン自由大学)やカール・アイマーマッハー教授(ボッフム大学)、ヘンリーケ・シュタール教授(トリーア大学)と意見交換を行い、それぞれの大学付属図書館で資料を収集した。さらに、アヴァンギャルド芸術の専門家であるコルネリア・イーチン教授(ベオグラード大学、セルビア)が「アヴァンギャルド芸術と科学的ユートピア」というテーマで国際研究集会を企画するにあたって、アイデアを提供した。この国際研究集会は28年度にベオグラード大学で開催される予定である。28年度の課題は、科学と芸術にみられる世界観と構造的特徴の類似について分析し、そのユートピア性と革新性について考察することだった。

特に、N.マールの文化人類学的・言語学的理論、当時のソ連で非常に高く評価されたオーストリア人生物学者P.カメラーの理論を分析の対象とし、その構造的特徴を抽出して、それらがアヴァンギャルド芸術のコンセプトとどの程度共通しているかを明らかにすることをめざした。研究の成果は以下の通りである。1)1920年代のソ連の科学理論は「新しい人間」と「新しい言語」を作り出すというユートピア的な特徴を持っており、アヴァンギャルド芸術もユートピア的美的コンセプトを持っていた。この世界観の類似により、アヴァンギャルド芸術と科学理論は相互に影響を及ぼし合った。2)「新しい人間」」を生み、育てるというアヴァンギャルド芸術家の夢と理想は、彼らのマニフェストの中でさまざまに言及されている。この思想が科学の分野(特に優生学と遺伝学)に持ち込まれ、実践された。逆に、「新しい人間」を生み出そうとする科学的実験が芸術作品に影響を与え、たとえばカメラーの生物学実験は映画化されている。3)マールの学術的であると同時に芸術的でもある言語理論はマルクス主義的な理想に叶っていたため、ソ連政府に支持された。4)1920年代の終わりから1930年代にかけて、ソ連における政治情勢の変化に伴ってアヴァンギャルド芸術の活動が制限されるようになり、自然科学分野の研究も政治に大きく左右されるようになった。28年度の課題だった、ロシア・アヴァンギャルド時代の科学と芸術にみられる世界観と構造的特徴の類似についての分析を計画通り実施し、その研究成果を国際研究集会等で発表することができた。具体的には、まず、人文学と自然科学との関連について考察した論文がドイツで出版された論文集に掲載された。また、1920年代ロシアの政治的・芸術的文脈における遺伝理論(カメラー)について、ベオグラード(セルビア)で開催された国際研究集会で、多言語性と「国語(national language)」について、ブリュッセル(ベルギー)で開催された国際シンポジウムでそれぞれ発表した。長期休暇を利用してヨーロッパに滞在し、ロシア文学の専門家であるゲオルク・ヴィッテ教授(ドイツ・ベルリン自由大学)やアヴァンギャルド芸術の専門家であるコルネリア・イーチン教授(セルビア・ベオグラード大学)と意見交換を行い、それぞれの大学附属図書館で資料を収集した。本研究はロシア・アヴァンギャルドの時代(特に19201930年代)における科学と芸術の相互作用について、1具体的なモチーフのレベル、2世界観と構造的特徴のレベル、3メタ・レベルの3つのレベルで明らかにすることを目的としている。29年度の課題は、これまでの研究成果に基づいて、科学と芸術との関連においてメタ・レベルで考察するとともに、科学と芸術の相互的な影響関係について、認識論・方法論的に考察することだった。1)科学と芸術は人間の認識の2通りの在り方を示している。科学と芸術はそれぞれ異なる方法論を用いるが、社会の変革期においてはそれらの方法論が見直され、近似したものとなる。芸術は科学の成果を容易に取り入れ、それを土台として美的な実践を行う。一方科学は、芸術的構想を作業仮説として用いることができる。
双腕宇宙ロボットの遠隔操作によるトラスの組立て及び衛星の捕獲

本研究では,軌道上に打ち上げた双腕宇宙ロボットを使用して,地上からの遠隔操作により,トラスの組立て等複雑な作業を行うことのできる双腕宇宙ロボットの遠隔操作技術の開発を目的としている.特に,宇宙ロボットの遠隔操作において,宇宙ロボットの自律化,効果的な遠隔操作環境の構築が必要である.以下に本年度に行った研究結果を述べる.・本研究で使用している双腕宇宙ロボットの遠隔操作実験システムでは,マスタアームとして1台の小型高性能6自由度ハプティックインタフェースを採用している.そのため,1台のハプティックインタフェースで双腕のスレーブアームを効果的に遠隔操作する技術を開発する必要がある.ここで,双腕スレーブアームは12自由度を有しているため,6自由度のマスタアームに対して冗長系となっている.そこで,スレーブアームの手先の相対運動に着目し,この相対運動をハプティックインタフェースによりオペレータが遠隔操作する方法を提案した.・宇宙ロボットを遠隔操作する場合,オペレータはスレーブアームの手先に注目することが多い.このため,オペレータの見ていないスレーブアームのリンク部が作業環境と衝突する可能性がある.そこで,リンク部が作業環境と衝突する情報をスレーブアームの手先に表示するバーチャルレーダーを提案した.オペレータは,バーチャルレーダーを見ることにより,スレーブアームのリンク部の全ての衝突情報を得ることができるので,衝突を回避しながら効果的に遠隔操作ができる.本研究では,軌道上に打ち上げた双腕宇宙ロボットを使用して,地上からの遠隔操作により,トラスの組立て等複雑な作業を行うことのできる双腕宇宙ロボットの遠隔操作技術の開発を目的としている.特に,宇宙ロボットの遠隔操作において,宇宙ロボットの自律化,効果的な遠隔操作環境の構築が必要である.以下に本年度に行った研究結果を述べる.・本研究で使用している双腕宇宙ロボットの遠隔操作実験システムでは,マスタアームとして1台の小型高性能6自由度ハプティックインタフェースを採用している.そのため,1台のハプティックインタフェースで双腕のスレーブアームを効果的に遠隔操作する技術を開発する必要がある.ここで,双腕スレーブアームは12自由度を有しているため,6自由度のマスタアームに対して冗長系となっている.そこで,スレーブアームの手先の相対運動に着目し,この相対運動をハプティックインタフェースによりオペレータが遠隔操作する方法を提案した.・宇宙ロボットを遠隔操作する場合,オペレータはスレーブアームの手先に注目することが多い.このため,オペレータの見ていないスレーブアームのリンク部が作業環境と衝突する可能性がある.そこで,リンク部が作業環境と衝突する情報をスレーブアームの手先に表示するバーチャルレーダーを提案した.オペレータは,バーチャルレーダーを見ることにより,スレーブアームのリンク部の全ての衝突情報を得ることができるので,衝突を回避しながら効果的に遠隔操作ができる.
複素ベクトルポテンシャルによる局在状態と共鳴状態の探査

本年度の科学研究費補助金による研究では大きな成果を上げられた.まとめるとアンダーソン局在の研究と共鳴状態の研究の2点になる.まず初めにアンダーソン局在の研究について述べる.筆者はNelsonと共に,1電子アンダーソン模型の局在長を,非エルミート化したアンダーソン模型の複素スペクトルから求めるという独創的な方法を提案していた.しかし,それに必要となる大規模非エルミート行列の対角化アルゴリズムが存在しないことがネックとなっていた.今年度,ついにそのアルゴリズムが具体化された.スペクトルを近似する擬スペクトルを,ランチョス法を使って求めるというものである.これによって,ランダムポテンシャル中とランダム磁場中の梯子模型の局在長を計算した.今後,高次元のアンダーソン局在の研究に弾みがつくと期待される.次に,共鳴状態の研究について述べる.筆者は,アンダーソン局在の研究に用いた非エルミート化の方法が共鳴状態の研究に使えるのではないかと提案していた.共鳴状態は量子ドットのバリスティック電動のコンダクタンスにも璽要な寄与を果たしている.共鳴状態の固有値は複素数であり,その虚部が共鳴状態の寿命の逆数である.しかし,一般的に知られていないことであるが,共鳴状態の固有関数は遠方で発散しており,数値計算で直接求めるのは困難と考えられてきた.今年度,筆者の提案した非エルミート化の方法の有効性が具体的に明らかにされた.この方法によって具体的なポテンシャルに対する共鳴状態を直接求めることに成功した.今後,量子ドットのコンダクタンスの計算へと発展させる計画である.複素ベクトルポテンシャルの2つの応用法を研究した.すなわち、第一に、エルミートな不純物アンダーソン模型の波動関数の局在長を、非エルミートな「Hatano-Nelson模型」のエネルギー固有値を使って計算する方法である。第二に、量子カオスや原子核の散乱における共鳴状態を、「Hatano-Nelson模型」のように複素ベクトルポテンシャルを使って調べる方法である。これらの計算は解析計算のみでは難しいので、大規模な数値計算を行わなければならない.そこでまず、非エルミートな格子模型の対角化の効率的アルゴリズムの開発に着手した.上記の目的を達するためには巨大な非エルミート行列の対角化が必要になるが、実はそのようなアルゴリズムはまだ開発途上というのが現状だからである。つい最近になって非エルミート系を調べる新しい方法が応用数学の分野で提案された。あるエルミート行列の「擬スペクトル」(グリーン関数の複素面上での等高線に相当する量)を計算することによって、非エルミート行列のスペクトルを知るという方法である。そこで「擬スペクトル」を共役傾斜法とランチョス法を組み合わせて計算するアルゴリズムを編み出した.これを物理の格子模型に最適化することによって大規模な対角化が可能になる。この計算手法を,梯子格子上のタイト・バインディング模型にランダム磁場がかかった問題に適用し、ランダムポテンシャルの場合とは全く異なった振る舞いを見い出した。また,複素ベクトルポテンシャルの方法を現実的なポテンシャルに適用して共鳴散乱状態を計算した.本年度の科学研究費補助金による研究では大きな成果を上げられた.まとめるとアンダーソン局在の研究と共鳴状態の研究の2点になる.まず初めにアンダーソン局在の研究について述べる.筆者はNelsonと共に,1電子アンダーソン模型の局在長を,非エルミート化したアンダーソン模型の複素スペクトルから求めるという独創的な方法を提案していた.しかし,それに必要となる大規模非エルミート行列の対角化アルゴリズムが存在しないことがネックとなっていた.今年度,ついにそのアルゴリズムが具体化された.スペクトルを近似する擬スペクトルを,ランチョス法を使って求めるというものである.これによって,ランダムポテンシャル中とランダム磁場中の梯子模型の局在長を計算した.今後,高次元のアンダーソン局在の研究に弾みがつくと期待される.次に,共鳴状態の研究について述べる.筆者は,アンダーソン局在の研究に用いた非エルミート化の方法が共鳴状態の研究に使えるのではないかと提案していた.共鳴状態は量子ドットのバリスティック電動のコンダクタンスにも璽要な寄与を果たしている.共鳴状態の固有値は複素数であり,その虚部が共鳴状態の寿命の逆数である.しかし,一般的に知られていないことであるが,共鳴状態の固有関数は遠方で発散しており,数値計算で直接求めるのは困難と考えられてきた.今年度,筆者の提案した非エルミート化の方法の有効性が具体的に明らかにされた.この方法によって具体的なポテンシャルに対する共鳴状態を直接求めることに成功した.今後,量子ドットのコンダクタンスの計算へと発展させる計画である.
光合成酸素発生複合体マンガンクラスターの振動スペクトル解析

植物・シアノバクテリアの光化学系II膜蛋白質複合体に存在するMnクラスターは酸素発生反応の触媒として機能している。しかし、その骨核構造や配位子であるヒスチジン・カルボキシレートの配位状態は未だ不明である。フーリエ変換赤外分光法による光励起赤外差スペクトルはこれらの情報が含んでいるがバンドの帰属は進んでいない。本研究はMnクラスターの赤外差スペクトル解析のために、密度汎関数法計算によりMnが結合したヒスチジン・カルボキシレート分子及びdi-μ_2-oxo架橋Mn dimerの振動解析を行い次の結果を得た。1.ヒスチジンC4C5伸縮振動はMnの酸化状態の変化[Mn^<3+>→Mn^<4+>]により振動数は変化しなかったが、C5N1伸縮振動の振動数はMnの酸化状態や金属・プロトン化状態に依存して複雑に変化した。Mn^<3+>のヤン・テラー軸の向きによってこれらの振動数は影響せずIR強度のみが変化した。2.カルボキシレートの対称伸縮振動はMn^<2+>→Mn^<3+>→Mn^<4+>の変化でunidentate・bidentate型ともに18-63cm^<-1>低波数シフトした。反対称伸縮振動はMnの酸化状態の変化でunidentate型では24-39cm^<-1>高波数シフトし、bidentate型で逆に3-26cm^<-1>低波数シフトした。3.di-μ2-oxo架橋Mn dimerの赤外差スペクトルは、Mn(3,3)→Mn(3,4)では2本の差バンド(Mn^<3+>-O-Mn^<3+>反対称伸縮振動1→Mn^<3+>-O-Mn^<4+>反対称称伸縮振動2及びMn^<3+>-O-Mn^<3+>反対称伸縮振動2→Mn^<3+>-O-Mn^<4+>対称伸縮振動2)が観測されると予測された。更にMn(3,4)→Mn(4,4)ではMn(3,3)→Mn(3,4)とは逆向きの2本の差バンドが生じ、Mn(4,4)→Mn(3,3)では差バンドが観測されないと予測された。植物・シアノバクテリアによる光エネルギーを利用した酸素発生反応は、光化学系II膜蛋白質複合体に存在する4個のMn原子からなるMnクラスターを触媒中心にして行われる。Mnクラスターにはヒスチジンが配位しており、光励起赤外分光差スペクトル法によってヒスチジンのバンドが観測されている。しかしながら、ヒスチジンは2つの窒素部位にMnあるいはプロトンが結合・解離することにより様々な結合形態をとり、Mnは多様な酸化状態を取ることが可能であるため、観測されたヒスチジンバンドがどのようなMnの酸化状態とヒスチジンの結合状態を反映しているか不明である。本年度は、3価あるいは4価のMn原子が結合したヒスチジンのプロトン結合状態、4メチルイミダゾール(4-MeIm)型および5メチルイミダゾール(5-MeIm)型について、密度汎関数法による基準振動解析を行い次の結果を得た。(1)1100cm^<-1>付近のCN伸縮振動はMnが3価から4価に変化したとき、4-MeIm型では約10cm^<-1>高波数側にシフトし、5-MeIm型では約15cm^<-1>低波数側にシフトした。(2)1600cm^<-1>付近のCC伸縮振動は、Mnが3価から4価に変化すると、4-MeIm型あるいは5-MeIm型でともに約3cm^<-1>高波数シフトした。これらの結果は、CN伸縮振動バンドはMnの酸化に対して大きく影響し、CC伸縮振動バンドはほとんど影響しないことを意味している。光合成系MnクラスターのヒスチジンバンドはCN伸縮振動バンドのみが観測され、非常に強い赤外強度をもつCC伸縮振動バンドの変化は観測されていない。密度汎関数法による計算は、観測されたヒスチジンバンドはMnクラスターのMnの酸化による変化を反映し、ヒスチジンの結合状態は変化していないことを示している。