hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結核菌糖脂質の抗原提示機構とサイトカイン応答の解析

本研究は、モルモットサイトカインに対する単クローン抗体を作製し、モルモットを用いて結核菌糖脂質の抗原提示機構、サイトカイン応答および肺肉芽腫形成機構の解明を目的としている。モルモットの皮下にBCGを接種し、経時的に血清および脾細胞採取し、結核菌脂質抗原特異的抗体の測定と結核菌特異的T細胞応答について調べた。脂質抗原としてM.tuberculosis H37Rv由来trehalose 6,6'-dimicolate(TDM)、trehalose 6-monomicolate(TMM)、phosphatidylinositol mannoside (PIM)およびタンパク抗原として精製ツベルクリン(PPD)を用いた。BCG接種後2週目から8週目までの血清中には、PIMおよびPPDに対するIgGが検出されたが、TDMおよびTMM特異的抗体は検出されなかった。脂質抗原特異的T細胞の増殖応答を[^3H]-thymidineによる取り込みで測定したところ、TDM、PIMおよびPPD刺激に増殖応答が認められたが、TDM刺激に対する反応は弱かった。培養上清中のサイトカイン量を今回確立したサンドイッチELISAで測定した結果、PPD刺激した細胞では、IFN-γ産生が認められたが、TDMおよびPIM刺激の場合では検出されなかった。結核は、結核菌表層の脂質成分と分泌タンパク質に対する免疫応答に基づく慢性疾患であり、特に脂質抗原に対する応答が重要である。脂質抗原はCDl分子を介してT細胞に抗原提示される。CDl分子はグループI(CDlaCDlc)とグループII(CDld)に分けられる。マウスにはグループIに属する分子が存在しないので、通常のT細胞に対して結核菌糖脂質を提示することができない。このため結核菌糖脂質に対する免疫応答は誘導されない。本研究は、ヒトCDlb/β2ミクロブリン(β2M)遺伝子のトランスジェニックマウスの作製とモルモットサイトカインに対する単クローン抗体を作製し、ヒトCDlb/β2Mトランスジェニックマウスおよびモルモットを用いて結核菌糖脂質の抗原提示機構、サイトカイン応答および肺肉芽腫形成機構の解明を目的としている。モルモットのサイトカインの測定系を確立するため、Thl反応に重要なIL-12およびIFN-γの組換えサイトカインを精製し、単クローン抗体の作製を行った。バキュロウイルスの系で作製した精製組換えサイトカインをマウスに免疫し、常法に従って単クローン抗体を作製した。得られた単クローン抗体の中に中和活性があるのも認めた。これらを用いてELISAの条件検討を行い、IL-12およびIFN-γの測定系を確立した。本研究は、ヒトCD1b/β2ミクロブリン(β2M)遺伝子のトランスジェニックマウスの作製とモルモットサイトカインに対する単クローン抗体を作製し、ヒトCD1b/β2Mトランスジェニックマウスおよびモルモットを用いて結核菌糖脂質の抗原提示機構、サイトカイン応答および肺肉芽腫形成機構の解明を目的としている。モルモットの皮下にBCGを接種し、7日、14日、21日後のモルモットから採取した脾細胞を、脂質抗原としてM.tuberculosis H37Rv由来trehalose 6, 6'-dimicolate (TDM)、タンパク抗原として精製ツベルクリン(PPD)でそれぞれ刺激し、T細胞の増殖応答およびサイトカイン産生を調べた。T細胞の増殖応答を[3^H]-thymidineによる取り込みで測定したところ、TDMおよびPPD刺激共に増殖応答が認められたが、TDM刺激をした方が反応は弱かった。サイトカインmRNAをRT-PCRにより調べた結果、TDMおよびPPD刺激共にIFN-γmRNAの発現が認められた。培養上清中のサイトカイン量を今回確立したサンドイッチELISAで測定した結果、PPD刺激した細胞では、IFN-γ産生が認められたが、TDM刺激の場合では検出できなかった。約10系統のヒトCD1b/β2Mトランスジェニックマウスが誕生し、現在発現の確認を行っている。
C型肝炎ウイルスの蛋白翻訳開始機構に関する検討

C型肝炎ウイルス(以下HCV)は一本鎖のプラス鎖RNAウイルスであり、その5'末端非翻訳領域(5'NTR)にはウイルス蛋白翻訳機能を有するInternal ribosomal entry site(IRES)が存在する。このIRES依存性蛋白翻訳機能を生理的条件下で検討するため、我々はまず、真核生物の発現プロモーターとして汎用されているサイトメガロウイルス(CMV)のプロモーターの下流にRenilla luciferase(R-luci),HCVの5'NTR,Firefly lucifersase(F-luci)の順で遺伝子を組み込んだベクターを作成し、この遺伝子をHuh-7細胞に導入し、安定に発現している細胞(RCF-1、RCF-26)を樹立した。この樹立細胞を用いて、通常の真核生物の蛋白翻訳機能(キャップ依存性)とHCVのIRESによる蛋白翻訳機能(IRES依存性)を比較した。サイクロヘキサミド処理では、それぞれの蛋白翻訳機能は同様に低下した。ポリオウイスル感染では、キャップ依存性の蛋白翻訳能は低下し、IRES非依存性の蛋白翻訳の上昇が認められた。細胞周期を同期させ蛋白翻訳能を検討すると、HCVのIRES非依存性蛋白翻訳能は細胞の分裂期(M)で高く、休止期で(G0)低く制御され、細胞周期依存性の変化が認められた。以上よりHCVの蛋白翻訳能は細胞周期と密接に関わっており、ウイルス複製と肝炎における細胞死、再生との関連が示唆された。C型慢性肝炎の治療としてインターフェロン療法が広く行われ、その有効性が認められているが、約80%の症例では肝炎の再燃が認められ、インターフェロン療法のみでC型慢性肝炎を完全に治癒せしめることは困難である。また昨今、Ribavirin併用の有効性が報告されているが、Ribavirin単独では有効性はなく、特に今後増大すると考えられる肝移植後の移植肝への再感染に対して、インターフェロン投与は拒絶を誘発するため、その使用には制限がある。またNS3領域に対するインヒビターの開発もHIVで経験されたほど容易ではなく、困難を伴っている。HCVのウイルス蛋白翻訳は5'NTRに存在するInternal ribosomal entry site(IRES)にリボソームが結合することにより始まる。我々はこれまでにHCVの5'NTRの構造を詳細に解析し、その特徴的な二次構造を明らかにしてきた。またHCVの蛋白翻訳能(IRES活性)を細胞内でモニターするため恒常的にHCV-IRESとそれにより翻訳されるレポーター遺伝子を導入した細胞を樹立し、培養条件によるHCV-IRES活性を検討した。その結果、細胞周期とHCV-IRES活性が密接に関係していること、また培地の血清濃度によりHCV-IRES活性が著しく変化することを見出した(投稿中)。今後インターフェロンや、各種サイトカイン存在下の、いわゆる抗ウイルス状態下におけるHCV-IRES活性の検討、FasイガンドやTNF-α存在下におけるアポトーシス細胞内情報伝達活性化状態でのHCV-IRES活性の検討などを行い、ウイルス性肝炎における生理的所条件下でHCVの蛋白翻訳が如何に制御されているかを明らかにする。本検討によりHCVの蛋白翻訳を制御する外的因子が明らかになれば、新しい抗ウイルス剤の開発につながるものと考えられる。
積層結晶構造を利用した新規磁気トンネル接合材料の開発

本研究は、磁気抵抗発現を狙い、磁気トンネル接合構造を結晶構造に内包する六方晶フェライトの作製を行ったものである。具体的には二価鉄を含有する六方晶フェライトを目標物とした。これはハーフメタル強磁性層/絶縁層/ハーフメタル強磁性層の積層構造を持ち、単位胞内にTMR素子と類似構造を持つため結晶構造由来の磁気抵抗が発現することが期待できる。焼成時の雰囲気を調整することで、二価鉄を含んだ六方晶フェライトの作製を行った。内圧0.5 Paとした石英管内に試料を封入し、焼成した。試料の同定を行ったところ、目標物の他にM型フェライトとチタン酸バリウムが生成した。封入時に、石英管と試料の反応を防ぐため、アルミナで試料を囲んでいる。仮焼成時に試料とアルミナが反応してM型フェライトとチタン酸バリウムが生成し、本焼成後も分解せずに残った事が原因と考えられる。次に試料とアルミナの接触面積を減らすために、減圧炉を用いて、焼成時の雰囲気調整を行った。その結果、試料のごく表面でチタン酸バリウムが生成していたものの、内部では目標物の六方晶フェライトが生成し、M型フェライトの生成も抑制できた。酸素分圧を制御するため、不活性ガス(N2、Ar)を導入して六方晶フェライトの作製を行った。その結果、試料表面でのチタン酸バリウムの生成を抑えつつ、二価鉄を含んだ六方晶フェライトの作製に成功した。石英管封入した試料と、減圧炉で作製した六方晶フェライトにおいて、副生成物がある表面を研磨し、磁気抵抗測定を行った。磁気抵抗を観測したが、これは多結晶試料の粒界が絶縁障壁として作用した事による磁気抵抗であった。しかし、減圧炉で作製した試料の一つで粒界由来の磁気抵抗とは異なる磁気抵抗成分を持つ試料が確認できた。これは粒界が絶縁障壁として作用した磁気抵抗成分と、結晶構造由来の磁気抵抗成分が観測された可能性を示唆している。非磁性ブロック・非磁性絶縁障壁を導入した積層構造六方晶フェライトの作製を試みた。具体的には、RブロックとSブロックの交互積層構造をとるM型フェライトに対し、Ti4+イオンおよびMg2+イオンの導入を試みた。試料の組成および焼成温度をコントロールすることにより、積層結晶構造単相の生成条件を探索した。原料としてBaCO3, α-Fe2O3, MgO, TiO2を用いて、目的の化学量論組成になるように秤量した。これらを湿式混合した原料粉を900°Cで仮焼成した。仮焼成後、遊星ボールミルで粉砕し、加圧成形し、11001400°Cで5時間本焼成した。試料の結晶構造をX線回折(XRD)によって同定した。その結果、広い範囲でのMg, Ti置換したM型フェライトの作製に成功し、置換によるキュリー点の変化を観測した。これは系統立って非磁性イオンを導入することに成功したことを示している。また、高濃度の非磁性イオンを導入するのに際し、異相も生成した。これより、積層結晶構造単相が生成するためには、母物質と化学量論が異なっていることが判明した。この組成をコントロールすることにより、異相の生成を抑え、単相にすることに成功した。以上より絶縁障壁となる非磁性ブロックの構成要素となる、非磁性イオンを注入した積層構造試料の作製に成功した。また、その周辺物質の探索も行い、Ca系六方晶フェライト材料の作製にも成功した。このような物質探索は、新材料開発研究の礎石となるものであり、重要なものである。非磁性イオンを注入した積層構造試料の作製に成功したため、順調に進展していると判断する。実際、非磁性イオンを注入したら結晶構造が崩れてしまうことが多々ある。そのような中、結晶構造を維持する組成条件を見出した。これは本研究の主眼である絶縁障壁となる非磁性ブロックの形成に必要不可欠である。また、これに対し、導電層になる二価鉄スピネルブロックを如何に導入していくかが次の課題となる。具体的には、Rブロック・Sブロック・Sブロックの積層構造をとるW型フェライトおよびTブロックとSブロックの交互積層構造をとるY型フェライトに対し、Ti4+イオンおよびZn2+イオンの導入を試みた。原料としてBaCO3, α-Fe2O3, ZnO, TiO2を用いて、目的の化学量論組成になるように秤量した。仮焼成後、遊星ボールミルで粉砕し、加圧成形し、11001350°Cで5時間本焼成した。その結果、Zn, Ti置換したW型およびY型フェライトの作製に成功し、その生成限界を特定した。置換によるキュリー点の変化を観測し、系統立って非磁性イオンを導入することに成功した。M型フェライト構造と異なり、W型・Y型ともに非磁性イオン導入の限界は低めで、チタン酸バリウム、スピネル相、その他の異相の生成が顕著であった。これより、各種積層結晶構造の安定性についての知見が得られた。

以上より、絶縁障壁となる非磁性ブロックの構成要素となる、非磁性イオンを注入した積層構造試料の作製に成功した。また、その周辺物質の探索も行い、Ca系六方晶フェライト材料の作製にも成功した。このような物質探索は、新材料開発研究の礎石となるものであり、重要なものである。非磁性イオンを注入した積層構造試料の作製に成功したため、順調に進展していると判断する。非磁性イオンを注入して結晶構造を維持しうる組成条件を見出した。これは本研究の主眼である絶縁障壁となる非磁性ブロックの形成に必要不可欠である。また、これに対し、導電層になる二価鉄スピネルブロックを如何に導入していくかが次の課題となる。本研究は、磁気抵抗発現を狙い、磁気トンネル接合構造を結晶構造に内包する六方晶フェライトの作製を行ったものである。具体的には二価鉄を含有する六方晶フェライトを目標物とした。これはハーフメタル強磁性層/絶縁層/ハーフメタル強磁性層の積層構造を持ち、単位胞内にTMR素子と類似構造を持つため結晶構造由来の磁気抵抗が発現することが期待できる。焼成時の雰囲気を調整することで、二価鉄を含んだ六方晶フェライトの作製を行った。内圧0.5 Paとした石英管内に試料を封入し、焼成した。試料の同定を行ったところ、目標物の他にM型フェライトとチタン酸バリウムが生成した。封入時に、石英管と試料の反応を防ぐため、アルミナで試料を囲んでいる。仮焼成時に試料とアルミナが反応してM型フェライトとチタン酸バリウムが生成し、本焼成後も分解せずに残った事が原因と考えられる。次に試料とアルミナの接触面積を減らすために、減圧炉を用いて、焼成時の雰囲気調整を行った。その結果、試料のごく表面でチタン酸バリウムが生成していたものの、内部では目標物の六方晶フェライトが生成し、M型フェライトの生成も抑制できた。酸素分圧を制御するため、不活性ガス(N2、Ar)を導入して六方晶フェライトの作製を行った。その結果、試料表面でのチタン酸バリウムの生成を抑えつつ、二価鉄を含んだ六方晶フェライトの作製に成功した。石英管封入した試料と、減圧炉で作製した六方晶フェライトにおいて、副生成物がある表面を研磨し、磁気抵抗測定を行った。磁気抵抗を観測したが、これは多結晶試料の粒界が絶縁障壁として作用した事による磁気抵抗であった。しかし、減圧炉で作製した試料の一つで粒界由来の磁気抵抗とは異なる磁気抵抗成分を持つ試料が確認できた。これは粒界が絶縁障壁として作用した磁気抵抗成分と、結晶構造由来の磁気抵抗成分が観測された可能性を示唆している。初年度で探索した非磁性イオン注入積層結晶構造試料の実験で探索した作製条件を出発点とし、導電層になる二価鉄スピネルブロックの導入を目論む。ゴム・プラスチック以外のすべての試料を粉砕できる遊星型ボールミルを利用し、原料試薬粉末をナノサイズまで粉砕する。その上で固相反応させることにより、良質な強磁性積層構造試料の作製を試みる。初年度と同様に、作製した試料について、X線回折実験ならびに磁気測定を行うことにより、強磁性試料生成の最適条件の探索を行う。また、理化学研究所(埼玉県和光市)に出張し、EPMA分析で組成を確認する。2年目までで探索した非磁性イオン注入積層結晶構造試料の実験で探索した作製条件を出発点とし、導電層になる二価鉄スピネルブロックの導入を目論む。
神経接着因子関連の脳神経ネットワークから依存を解明する

依存とは薬物へ執着以外にも多様な性格やうつなどの行動特性があり、心理社会的側面への精神療法に加えて、薬物治療が必要である。依存症新規治療薬の開発に寄与するために、先行研究で明らかにした依存症関連遺伝子NrCAMの遺伝子ノックアウトマウスと覚せい剤投与マウスの脳組織における遺伝子発現プロファイリングを行った。Nrcam遺伝子の低発現および覚せい剤投与によって遺伝子発現が変化する分子には、グルタミン酸神経、GABA神経およびストレス関連遺伝子などを検出した。これらは依存症治療薬のターゲットとなる可能性がある。神経細胞接着因子NrCAMは、神経の発達・伸長、コンタクトとネットワーキング、その維持の機能を持つ分子であり、多くの脳神経系の機能に関与している。先行研究にて、NrCAM遺伝子が薬物依存症の易罹患性に関与し、依存関連の行動特徴である不安・社交性・強迫行動に影響を及ぼしていることを明らかにしていたが、その分子メカニズムを網羅的に明らかにすることが、依存の解明と治療法確立に寄与する。本研究ではマウスをモデルとしてこのNrCAMに影響を受ける分子ネットワークを解析している。Nrcamノックアウトマウスのheterozygote型の雄雌を自然交配させて、wild、heterozygote、mutant型の仔マウスを得る。非薬物影響下であるNaive状態での解析にて遺伝子発現に差異を示す分子群を検出することで、NrCAM関連ネットワークを明らかにしつつある。さらに薬物影響下での分子動態を同様に比較することでNrCAAMと依存に関連する分子を検出してきた。具体的には、薬物依存モデルとしてメタンフェタミン2mg/kgを投与したマウスを安楽死させ脳を摘出し、前頭、線条体、海馬、視床、腹側中脳に分割し、それらの組織からRNAを抽出して解析している。なお遺伝子網羅的発現解析するためにアレイ(Affymetrix)解析を用い、変化を示した幾つかの神経関連遺伝子はRealtime PCR法にて確認を行う必要がある。神経細胞接着因子NrCAMha,神経の発達・身長、コンタクトとネットワーキング、その維持の機能を持つ分子であり、多くの脳神経機能に関与している。成人においては、ある生理学的環境下において神経ネットワークの再構築に関与するが、そのメカニズムが依存形成にも働いていると考えられる。先行研究では、NrCAM遺伝子が薬物依存症の易罹患性に関与し、依存関連の性格行動特徴である不安、社交性、強迫行動に影響を及ぼしていることを明らかにしていたが、それらの行動表現型にかかわる分子メカニズムを網羅的に明らかにすることが、依存の解明と治療法の確立に寄与する。Nrcamノックアウトマウスをモデルとして用いて表現型の確認とともに、脳内分子の遺伝子の発現パターンの相違を解析した。Nrcamノックアウトマウスのheterozygote型雌雄を自然交配させて、野生型、heterozygote型、完全ノックアウト型の仔マウスを得る。第1に薬物投与がないNaiveマウス、第2に2mg/kgのメタンフェタミンを腹腔内投与した薬物依存マウスを作製した。脳は前頭、線条体、海馬、腹側中脳に分割してRNAを抽出し、アレイ(Affimetrix)を用いて網羅的遺伝子発現解析を行った。本研究により、Nrcam遺伝子の量による他の神経関連分子の遺伝子発現変化とメタンフェタミン投与による遺伝子発現変化、さらにNrcam低発現下でのメタンフェタミンの影響を受けた遺伝子発現変化、がそれぞれ確認された。アレイ解析では多くの分子が候補遺伝子としてリストアップされたが順次確認を行っている。特に、グルタミン酸系およびGABA系の幾つかの遺伝子については、それぞれが関与する行動表現型との関連を明らかにしつつある。先行研究により網羅的ヒトゲノム解析とモルヒネ投与ラット脳の遺伝子発現プロファイリングにより、複数の違法性薬物およびアルコールの依存症に神経細胞接着因子NrCAMが重要な役割を果たしていることを突き止めた。本研究ではモデル動物を用いた研究によって、Nrcamが薬物依存および依存と関連の深いうつに働く神経ネットワークを明らかにすることを目的に解析を進めてきた。研究に用いるNrcamノックアウトマウスはホームケージにて3-4匹飼いで飼育した。heterozygote型の雄雌を自然交配させて、wild、heterozygote、mutant型の仔マウスを得て、3遺伝子型間の比較解析を行った。マウスを安楽死させ脳を摘出し、前頭、線条体、海馬、視床、腹側中脳に分割し、それぞれの組織からRNAを抽出して解析試料とした。遺伝子網羅的発現解析するためにアレイ(Affymetrix)を用いるが、遺伝子型間での比較解析に統計的に必要十分な個体数を得る必要があり、解析試料の集積は概ね終了している。現在までにアレイ解析に必要なRNA試料を得て、そのクオリティーの確認などを行っていたため、アレイ解析を近日行える予定である。また、アレイとは別途、TaqMan realtime PCR法を用いて、依存あるいはうつ病において薬理学的に興味深いとされる個々の候補遺伝子の発現解析を行ってきた。

その結果、未発表ではあるが、Nrcamの発現に影響を受ける遺伝子の存在が明らかになってきている。Nrcamノックアウトマウスのwild、heterozygote、mutant型について、前頭、線条体、海馬、視床、腹側中脳、各領域での非薬物影響下で神経関連遺伝子の発現差異を明らかにした。さらに薬物依存モデルとしてメタンフェタミン2mg/kgを投与したマウスでの同様な遺伝子型間で遺伝子発現に差異のある遺伝子候補を得た。現在は、個々の候補遺伝子をにTaqMan realtime PCR法にて確認しつつ、依存症発症前および依存形成後の行動特性に関した分子を検討中である。凍結保存された受精卵からNrcamマウスを得たが、当大学施設の担当者がこの胚操作に相当の期間を要したのが主要な要因である。さらに結果として得られた個体数も少なく、そのために繁殖には時間を要した。ただし、現在までには順調に解析用の個体を得ることができており、統計解析に必要な個体数の組織・RNA試料が概ねそろってきた。アレイ解析は近日中に行われる予定であり、少し遅れてタンパク解析に進められると考えている。同定した分子の表現型への作用を明らかにしていくことを目的とし、当該分子に作用する薬剤を選定して依存モデルマウスに投与して行動解析を行い、その薬理効果を明らかにする。C57/B6近交系マウスにメタンフェタミンあるいはコカインを投与して依存モデルを形成し、薬物反応運動量、新奇求性、社交性、不安への影響を検討する。以て、薬物依存の分子メカニズムの解明を図り、依存症治療薬開発への寄与を図る。当初の研究目標通りに解析を進める。Nrcamマウスを用いて、Nrcamが関わる脳神経ネットワークをさらに詳細に解明し、薬物影響下でのネットワーキングの変化を明らかとする。依存性薬物が影響するネットワーク分子について、それぞれの表現型への作用を明らかにできる。当該分子に作用する薬剤を選定して依存モデルマウスに投与して活動性、薬物の報酬効果、不安、抑うつ、認知に関する行動解析を行い、その薬理効果を明らかにすることで、精神療法主体かつ難治とされる物質依存および好発する気分障害の新規治療法等の臨床への寄与を試みる。1前年度より繰り越された助成金は、アレイにて同定した候補分子の個々の遺伝子発現解析を慎重に優先順位をつけて順次行う計画のため、当該年度までに使用せず次年度に引き続き解析を続けるためのものである。つまり、薬物依存モデルの作成のための薬品購入や標的分子の作用薬購入費として用いる。2実験動物の購入ならびに飼育管理費として用いる。3研究報告のための学術集会への参加旅費に用いる。前年度に引き続き、遺伝子発現プロファイリングを進める。まずは、naiveマウスのアレイ解析を行い、引き続き、現在準備・集積中のメタンフェタミンあるいはモルヒネ投与マウスの同様の解析を進めていく。
胎児期の記憶及び出生直後の学習が親への初期愛着形成にいかに関わるか

本研究では、なぜ出生直後の新生児が母乳および母親への強い選好をもつのかに焦点を当て、その鍵となるものが胎児期の慣れた刺激である羊水から出生後の新規刺激である母乳への速やかな選好の移行にあるのか、その背後にあるのは羊水と母乳の刺激特性を記憶し両者の関係を学習できる能力なのかを、マウスを用いて明らかにすることを目的とした。まず、妊娠18日のSlc : ICRを帝王切開して胎児を蘇生させた。3時間後の実験では、母親の乳首周辺の体毛で作った体毛ブラシを羊水・母乳・生理食塩水・蒸留水に浸し、においに対する反応と口周辺部への体毛ブラシによる刺激への反応とを記録した。その結果、羊水の刺激効果が最も大きく、母乳の刺激効果はそれよりも劣ることが明らかとなった。なぜ、母乳が大きな効果を持たなかったのかは大きな疑問であった。この実験で用いた母乳が初乳ではなかったことが、この結果をもたらした可能性もある。そこで、次の実験では、羊水、初乳、分娩後3日目の母乳の効果を比較した。その結果、におい提示効果と口周辺部の刺激効果については、羊水がもっとも大きな効果を持つこと、初乳は羊水と同様の刺激効果を持つが、におい提示に対する反応が羊水に比較して遅いこと、分娩後3日目の母乳の刺激効果は初乳に劣ることが明らかとなった。このことから、刺激効果は羊水、初乳、それ以後の母乳であると結論づけられる。羊水と母乳の刺激特性の記憶と両者の連合学習の可能性については、羊水と母乳の反復提示実験を行っているが、結論を出すまでには至っておらず、引き続き検討が必要である。本研究は、出生直後の愛着形成の基礎となる母乳への選好に焦点を当て、なぜ出生直後の新生児が母乳および母親への強い選好を持つのかを、胎児期の記憶と出生直後の学習という視点で検討するものである。平成12年度は、SLC:ICRマウスを用い、妊娠18日(満期出産の1日前)の羊水と出産当日の母乳(初乳)を採取し、これらの刺激に対する帝王切開された胎児の反応の特徴を検出することを目的とした。まず、妊娠18日の母親の乳首周辺から体毛を採取し、それで体毛ブラシを作成した。その後母親を帝王切開し、羊水を採取し、胎児を蘇生させた。これとは別に妊娠19日(出産直後)の母親にはプロラクチンを投与し、15分後に母乳の採取を行った。用水と母乳は、変性を防ぐため実験開始まで-80°Cで冷凍保存した。帝王切開の3時間後に実験を開始した。これは、蘇生開始後3時間で運動が安定してくるためである。母乳群、羊水群、生理食塩水群、蒸留水群の4群を設け、これらの被験体の行動をベースラインセッション・ブラシでのにおい提示セッション・ブラシによる口周辺部刺激セッションでおのおの3分間録画した。実験終了後、胎児の運動を画像分析システムを用いて分類し、集計した。現在実験を継続中であるが、羊水と初乳への選好が生理食塩水と蒸留水への選好よりも強いようである。平成13年度には、まず平成12年度のデータを分析し、さらにデータを補充することとした。平成12年度に続き、帝王切開後3時間の胎児を母乳群、羊水群、生理食塩群、蒸留水群の4群に分け、その行動を、ベースラインセッション・体毛ブラシでのにおい提示セッション・体毛ブラシによる口周辺部刺激セッションでおのおの3分間記録した。体毛ブラシでのにおい提示とは、体毛で作ったブラシに母乳・羊水・生理食塩水・蒸留水を浸し、そのにおいを被験体の鼻先に提示するものであり、口周辺部刺激セッションとは、これらの刺激に浸したブラシで口周辺部を刺激することである。

その結果、羊水がもっともにおいによる刺激効果が高く、他の刺激はいずれも低かった。口周辺部の刺激効果では、羊水がもっとも刺激効果が高く、次に初乳となった。生理食塩水と蒸留水の刺激効果はともに低くなった。第2に、分娩後2日3日の母乳の刺激効果を比較したところ、初乳の刺激効果がもっとも高かった。初乳は、胎児にとって行動を活性化するためのきわめて大きな効果を持っていることが明らかになった。第3に、母親の体毛と雄の体毛との刺激効果を口周辺部の刺激によって比較したが、胎児の行動に差は認められなかった。また、胎児は、母親の体毛と雄の体毛のにおいを区別してはいなかった。これらのことは、体毛そのものによる口周辺部への刺激が重要であることを示すものであると同時に、出生直後の新生児にとっては、自分に接触する体毛刺激であればそれへ定位しようと行動することを示すものである。現在は、これらのデータの補充を行い、さらに母乳の反復提示に対して胎児が活発に反応するか否かを検討しようと計画したところである。平成14年度には、まず平成13年度のデータを分析し、さらにデータを補充することとした。平成13年度に続き、帝王切開後3時間の胎児の行動を、ベースラインセッション・におい提示セッション・刺激セッションで観察した。ベースラインセッションでは自発的身体運動を、におい提示セッションでは羊水、2種類の母乳(分娩当日と分娩後3日目の母乳)、蒸留水に浸したブラシを胎児の鼻先に提示してそれに対する運動反応を、刺激セッションでは羊水、2種類の母乳(分娩当日と分娩後3日目の母乳)、蒸留水に浸したブラシで口周辺部を刺激した時の運動反応を、それぞれ3分間記録し、実験終了後分析した。その結果、におい提示効果と口周辺部の刺激効果については、羊水がもっとも大きな効果を持つこと、初乳は羊水と同様の刺激効果を持つが、におい提示に対する反応が羊水に比較して遅いこと、分娩後3日目の母乳の刺激効果は初乳に劣ることが明らかとなった。次に、母乳の反復提示の効果を検討する予定であったが、まだ十分なデータを得るには至っていない。この実験では、羊水群、初乳群、蒸留水群の3群を設定し、ベースラインセッション・におい提示セッション・刺激セッション1・刺激セッション2での運動反応を観察した。刺激セッション1までは上述の実験と同じ手続きであったが、刺激セッション2では全ての群が初乳を浸したブラシによる口周辺部の刺激を受けた。結果がそれほど明白ではなかったため、その原因を検討している。場合によっては、より明白なデータを得るため、刺激セッション3を設定することが必要ではないかと考えている。
宇宙線中の異常成分の起源とその加速機構

GEOTAIL衛星に搭載した粒子線望遠鏡MI-1/2及びHIを用いて、1AUの惑星間空間における粒子環境の測定を実施した。1992年9月から1994年8月までの2年間において、惑星間空間が粒子環境から見て静穏な時期における、HeからFeまでの核成分について3250MeV/nのエネルギー領域に対して解析を行った。太陽活動が極大期を過ぎたばかりの1992年後期には、宇宙線異常成分の酵素、窒素、ネオンの強度が既に急激に増加しており、太陽極小期の強度レベルまでに回復している事が明らかとなった。従来観測されてきた宇宙線異常成分の強度変化は、高エネルギーの銀河宇宙線(地上の中性子強度等)のそれと極めて良い相関を示してきた。しかし、この度の太陽周期においては、両者の変動に大きな差が認められた。何故そのように大きく異なるのかは未だ明らかでない。1AU軌道において、高い第一電離ポテンシャルFIPを有する酵素、窒素、ネオンが宇宙線異常成分として観測されているが、GEOTAIL衛星では強度の少ない炭素、アルゴンについての観測にも成功を納めている。更に、これまで検出されてなかった中程度のFIPを持つ硫黄成分が世界で初めて検出できた。これらの宇宙線異常成分の元素成分の観測結果は、Fisk等(1974)によって提唱されたシナリオに良く一致する。これらの結果から、高FIP(N,O,Ne,Ar)の元素は大部分が中性元素として局所星間媒質中に存在しているが、一方、低FIP(C,S)元素は殆どが電離していてほんのわずかな割合だけ中性元素として存在している事が明らかになった。GEOTAIL衛星に搭載されている粒子線望遠鏡(HEP-MI & HI)により、1992年9月から高エネルギー宇宙粒子線の観測が行なわれてきた。5-50MeV/nのエネルギー範囲において、高FIP元素であるN,O,Neの異常成分の著しい増加が観測された。その強度は時間と共に増加しており、太陽活動極小期に向けて現在も更に増大している。一方、炭素については酸素と異なり、そのスペクトルから異常成分の増加は現在観測されてない。Heについても異常成分の増加は認められない。また、Arについてはその強度が小さいために、未だ確認されてない。この宇宙線異常成分に関する変動は、同時期に打ち上げられたSAMPEX衛星によって92年7月12月期に観測された値と良く一致している。太陽サイクル2021の期間にIMP-7/8によって観測されたN,O,Neの異常成分に関する強度変化と、地上観測による中性子強度の変化との相関は非常に良い。しかし、太陽サイクル22で得られた異常成分の増加は、中性子強度の増加よりも早く増加して極大に向かっており、前の太陽サイクルとは太陽変調の効果が異なっている事が判った。更にデータを集積し、その他Ar等の元素を含め詳細なスペクトルや強度の時間変動についての観測を行ない、低FIPの主要元素のエネルギースペクトルと地上観測の中性子強度による太陽圏内の宇宙線の変調効果との関連から、異常成分の起源と加速機構について更に理解を深めたい。太陽活動が極大期を過ぎたばかりの1992年後期には、宇宙線異常成分の酸素、窒素、ネオンの強度が既に急激に増加しており、太陽極小期の強度レベルまでに回復している事が明らかとなった。

何故そのように大きく異なるのかは未だ明らかでない。1AU軌道において、高い第一電離ポテンシャルFIPを有する酸素、窒素、ネオンが宇宙線異常成分として観測されているが、GEOTAIL衛星では強度の少ない炭素、アルゴンについての観測にも成功を納めている。更に、これまで検出されてなかった中程度のFIPを持つ硫黄成分が世界で初めて検出できた。これらの宇宙線異常成分の元素成分の観測結果は、Fisk等(1974)によって提唱されたシナリオに良く一致する。これらの結果から、高FIP(N,O,Ne,Ar)の元素は大部分が中性元素として局所星間媒質中に存在しているが、一方、低FIP(C,S)元素は殆どが電離していてほんのわずかな割合だけ中性元素として存在している事が明らかになった。
悉皆的二次代謝経路推定に向けたデータベースおよび要素技術の研究開発

二次代謝経路に関わる酵素のペプチド配列と反応特異性を体系的に関連づけることを目的に、生物-酵素-酵素反応の関係からなるデータベース(Motorcycle DB)を設計した。本データベースからは,酵素反応、基質と生成物、反応の詳細情報、ペプチド配列の情報を検索することができる。現在までに,文献情報をもとに,モノテルペン合成酵素,セスキテルペン合成酵素,ジテルペン合成酵素,トリテルペン合成酵素,P450酵素,アルカロイド合成,フラボノイド合成に関わる酵素の情報をDBへの蓄積し、http://kanaya.naist.jp/motorcycle/top2.htmlより無償公開した。遺伝子情報からの代謝物の推定法を活用し、実験により得られた新規化合物について部分構造に基づいた類似化合物の生合成経路から出発物質と代謝経路を予測する、あるいは、逆方向に類似の生産物質から出発物質の予測をする。また、遺伝子のアミノ酸配列情報と候補となる二次代謝物の部分構造情報を活用した酵素遺伝子のアノーテーションづけを行うことを目標としたデータベース構築が本研究の課題である。そこで、生合成マシナリー・データベースの構築に向けた情報収集ならびに生物種-代謝物-酵素の関係を体系化するためのデータベースを設計を行い、テルペノイドを中心とした二次代謝反応、代謝物、酵素名、報告された生物名、反応メカニズムからなるデータベースの構築を進め、現在までに約1500種の反応エントリをデータベースに蓄積した。データベース名をモーターサイクルと命名し、http://kanaya.naist.jp/motorcycle/top2.htmlからの公開を進めた。本データベースは酵素名、生物名、遺伝子名、反応様式、さらには酵素のアミノ酸配列からも検索できる。また、二次代謝物の分類体系を構築し、モノテルペン、セスキテルペン、ジテルペン、トリテルペンにおける環化反応を中心に、文献を整理し順次データベース化を進めた。これをさらに全二次代謝反応へと拡張をすすめるべく、研究を計画している。生物の生産する化合物には、ほとんどすべての生物種により普遍的に生産される一次代謝物と、限られた生物種の間で共有され様々な生物活性と多様な化学構造を有する二次代謝産物(天然物)がある。二次代謝産物は植物に限っても約20万種類のものが存在すると推定されている。本バイオマシナリーにおいて、今までに解明されている二次代謝反応を酵素、反応、アミノ酸配列情報、さらには反応機構をデータベースに収録し公開することにより、本研究プロジェクの推進に貢献することが本研究課題の目的である。そこで、本年度は、個々の代謝物が生物へ与える影響を代謝物活性DB(4,000種の代謝物と生物活性情報の関係)を整理した。本プロジェクトで開発研究を進めている生物-酵素-酵素反応からなるデータベース(Motorcycle DB)の構築を進めている。このようなデータベースを完備すると薬用/食用生物の知識からヒトの恒常性維持に関わるビッグ・データを基盤とした悉皆的な分子メカニズムの解明が可能となる期待される。代謝データベースMotercycleには,酵素反応、基質と生成物、反応の詳細情報を得ることができる.また、ペプチド配列から酵素反応を検索することも可能である.現在までに,文献情報をもとに植物を中心に,モノテルペン合成酵素,セスキテルペン合成酵素,ジテルペン合成酵素,トリテルペン合成酵素,P450(CYP)酵素,アルカロイド合成,フラボノイド合成に関わる酵素の反応を整理し,DBについて論文誌にその詳細を報告した。また、本データベース(KNApSAcK Motor Cycle)はhttp://kanaya.naist.jp/motorcycle/top2.htmlより無償公開している.さらに、使用法については生物工学会誌にて日本語で、Plant Cell Physiol.誌にて英語で解説した。また、本プロジェクトでは、生物-酵素-酵素反応の関係からなるデータベース(Motorcycle DB)を設計した。そのプロトタイプを論文誌にて報告した。代謝データベースMotercycleには,酵素反応、基質と生成物、反応の詳細情報が得られる。また、ペプチド配列から酵素反応を検索することも可能である。現在までに,文献情報をもとに植物を中心に,モノテルペン合成酵素,セスキテルペン合成酵素,ジテルペン合成酵素,トリテルペン合成酵素,P450(CYP)酵素,アルカロイド合成,フラボノイド合成に関わる酵素の反応などを整理し,DBへの蓄積が進められ、ウエブサイトhttp://kanaya.naist.jp/motorcycle/top2.htmlより無償公開した。本DBを活用した要素技術の開発を進め、セスキテルペン合成酵素,ジテルペン合成酵素,トリテルペン合成酵素,P450(CYP)酵素,アルカロイド合成,フラボノイド合成経路に関わる酵素のペプチド配列特異性を、ペプチド配列における2ペプチド頻度により特徴づけることにも成功した。まずはじめに、植物(59165種)と微生物(代表的66種)の71万種のペプチド配列をもとに、ペプチド配列を2ペプチド頻度のベクトルで表現し、自己組織化法によりデータ構造を把握した。

このようにして得られたデータ分布図を自己組織化地図から、4種のテルペンサイクラーゼには固有の配列特性が見られ、さらに、モノテルペンとセ好きサイクラーゼは非常に共通性が高いことを示した。さらに、この地図上で、P450(CYP)酵素,アルカロイド合成,フラボノイド合成経路にかかわる酵素の分布により、それぞれの酵素の配列特性を特徴づけることができた。地球上全体の顕花植物で生合成される二次代謝物(約106万種)の多様性を遺伝子レベルで理解することが,このように多様な二次代謝物を創出する進化のメカニズムを解明することへつながる.そこで,これらの二次代謝に関わる酵素の情報を生物種,酵素反応,酵素のアミノ酸配列と関連づけたデータベース(Motorcycle DB)の構築を進めている.代謝物から酵素とその反応を検索することを目的に、基質と生成物が既知の酵素反応の登録を進めている.検索結果として酵素反応が出力される点が本データベースの特徴である.このリストから反応IDにおいてKR0001659を選択すると,この反応の詳細情報を得ることができる.さらにReaction Mechanismをクリックすると反応メカニズムが得られる.ペプチド配列から酵素反応を検索することも可能である.BLASTPSearchにより、酵素のペプチド配列をもとに反応検索を行うことができる.出力結果において,酵素大分類,代謝物種の大分類と小分類が得られる.一方で,ペプチド配列が非常に高いレベルで類似であってもその代謝反応は非常に多様であることがMotorcycle DBを使うことで把握することが可能である.このことは,NGSによる配列データをもとに,代謝経路を高精度で検討するときに非常に有益な情報となると期待される.現在までに,文献情報をもとに植物を中心に,モノテルペン合成酵素,セスキテルペン合成酵素,ジテルペン合成酵素,トリテルペン合成酵素,P450(CYP)酵素,アルカロイド合成,フラボノイド合成に関わる酵素の反応を整理し,DBへの蓄積がほぼ完了し、現在までに、全体で2421反応種についての整理が終わった.本研究の課題である「悉皆的二次代謝経路推定に向けたデータベースおよび要素技術の研究開発」の本プロジェクト全体に対する役割は、生合成マシナリーのアミノ酸配列と代謝物の化学構造情報を関係づけ、ゲノム上にコードされる生合成マシナリーの反応様式および鍵酵素反応にもとづいた代表的生合成経路を推定する方法を提供することである.現在までにデータベースのプロトタイプ設計は完了し、その使用方法について文献にて解説した.さらに、学術誌Plant Cell Physiology誌に"Systematization of the protein diversity in enzymesrelated to secondary
生体分子応答性ゲルを用いたマイクロアクチュエータシステムの構築

本研究では,生体分子応答性ゲルのコンセプトを拡張し,標的分子を入力としてインプットすると動的架橋のネットワーク構造変化により情報変換し,マクロな体積変化を出力情報としてアウトプットできるスマートゲルシステムの創出を試みる。平成28年度は以下のような研究成果が得られた。(i)屈曲する生体分子応答性ゲルの合成とマイクロアクチュエータシステムの構築:平成27年度と同様にポリアクリルアミド(PAAm)ゲル層の片面上で,リガンドとしてシクロデキストリン(CD),鋳型分子としてビスフェノールA(BPA)を用いた分子インプリント法によりBPA応答性ゲル層を形成させた。この2層ゲルの構造を最適に設計したところ,BPA水溶液中で一方向に曲がる明確な屈曲挙動を示した。したがって,BPAに応答して屈曲する分子応答性ゲルの合成に成功した。(ii)膨潤収縮する生体分子応答性ゲルの合成とマイクロアクチュエータシステムの構築:光学顕微鏡を用いてマイクロ流路内に応答膨潤型のグルコース応答性ゲルと応答収縮型のBPA応答性ゲルを調製した。前者のグルコース応答性ゲルは,グルコース存在下で速やかに膨潤し,その応答挙動は動的架橋として導入したレクチンー糖複合体の含有率によって変化した。一方,後者のBPA応答性ゲルは,BPAに応答して収縮した。マイクロ流路にグルコースあるいはBPAを流すと,グルコース応答性ゲルでは流量が減少し,BPA応答性ゲルでは流量が増加した。したがって,グルコース応答性ゲルは標的分子に応答して自律的にクローズするマイクロバルブ,BPA応答性ゲルはオープンするマイクロバルブとして利用できることがわかった。したがって,生体分子応答性ゲルは自律応答型マイクロ流路制御バルブとして利用できることが明らかとなった。28年度が最終年度であるため、記入しない。さらに,生体分子応答性挙動を新規なアクチュエータシステムとして利用することにより,自律応答性のマイクロ流路システムやロジックゲートの構築を目指す。平成27年度は以下のような研究成果が得られた。(i)屈曲する生体分子応答性ゲルの合成とアクチュエータシステムの構築:まず板状の鋳型内でアクリルアミドと架橋剤モノマーとを共重合することによってポリアクリルアミド(PAAm)ゲル層を形成させた。さらにPAAmゲル層の片面上で,重合性官能基を導入したシクロデキストリン(CD)をリガンドとし,標的分子のビスフェノールA(BPA)を鋳型とした分子インプリント法により分子インプリントゲル層を形成させた。このようにしてPAAmゲル層とBPAインプリントゲル層とからなる2層ゲルを調製した。この2層ゲルを標的BPAが溶解した水溶液に浸漬させ,膨潤率と屈曲率を測定した結果,標的BPAに応答して若干曲がる挙動を示した。(ii)マイクロサイズの生体分子応答性ゲルの合成とマイクロアクチュエータシステムの構築:蛍光顕微鏡を用いた光重合により,マイクロ流路内の任意の場所にマイクロサイズの生体分子応答性ゲルを調製する方法を検討した。まず,生体分子応答性ゲルを合成するためのモノマーと光重合開始剤をマイクロ流路に入れ,蛍光顕微鏡で局所的にUV照射することにより,応答膨潤型の生体分子架橋ゲルと応答収縮型の分子インプリントゲルの合成に成功した。このようにして合成した生体分子応答性ゲルに標的分子を接触させ,その膨潤収縮挙動を調べた。その結果,標的生体分子が存在すると生体分子架橋ゲルは膨潤し,生体分子インプリントゲルは収縮した。ポリアクリルアミドゲル層と分子応答性ゲル層とからなる2層ゲルの調製では,それぞれのゲルの架橋密度が異なり,2層ゲルが形成された段階で直線状のゲルを得ることが困難であった。そこで,各ゲル層の架橋密度を変化させて,水に対する膨潤率が同じになるように設計することにより,直線状の2層ゲルの調製に成功した。一方,顕微鏡を用いた光重合によりマイクロサイズの生体分子応答性ゲルを合成する重合条件を見出すために多くの時間を要すると予想された。しかし,様々な条件で合成を試みた結果,比較的早い段階で光重合条件を決定することができた。その結果として,応答膨潤型と応答収縮型の2種類の異なる分子応答性ゲルを合成することに成功した。このようにいくつかの困難があったものの,予定以上にゲルの合成が進んでいるため,当初の計画以上に進展していると評価した。(ii)膨潤収縮する生体分子応答性ゲルの合成とマイクロアクチュエータシステムの構築:

光学顕微鏡を用いてマイクロ流路内に応答膨潤型のグルコース応答性ゲルと応答収縮型のBPA応答性ゲルを調製した。前者のグルコース応答性ゲルは,グルコース存在下で速やかに膨潤し,その応答挙動は動的架橋として導入したレクチンー糖複合体の含有率によって変化した。一方,後者のBPA応答性ゲルは,BPAに応答して収縮した。マイクロ流路にグルコースあるいはBPAを流すと,グルコース応答性ゲルでは流量が減少し,BPA応答性ゲルでは流量が増加した。したがって,グルコース応答性ゲルは標的分子に応答して自律的にクローズするマイクロバルブ,BPA応答性ゲルはオープンするマイクロバルブとして利用できることがわかった。したがって,生体分子応答性ゲルは自律応答型マイクロ流路制御バルブとして利用できることが明らかとなった。平成28年度も引き続き,分子応答性屈曲ゲルとマイクロ流路制御ゲルバルブの調製を行い,最適な応答挙動を示すゲルの設計を試みる。特に,分子応答性屈曲ゲルの調製では,直線状のゲルを合成することは可能になったが,標的分子に応答した屈曲挙動が小さいため,架橋密度などを変化させて最適なゲルの構造設計を行う。さらに,可能であれば別の分子応答性ゲル層を2層ゲルの表面に形成させることによって3層ゲルを調製し,2種類の分子に応答して左右の異なる方向に屈曲するゲルの調製も試みる。一方,マイクロ流路制御ゲルバルブの調製では,これまでに応答膨潤型と応答収縮型の分子応答性ゲルをマイクロ流路内に調製することに成功しているので,その流路に標的分子を流した場合の流量変化について検討する。また,マイクロ流路の分岐点に異なる分子応答性ゲルを調製し,AND/ORのロジックゲートの作製も試みる予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
洞穴（嫌光性）物質の探索

光を遮断した暗黒下でのみ準安定に存在する洞穴(嫌光性)物質を理論と実験の両面から探索した。固有励起子の自己束縛しやすい低次元物質が探索の対象となり、以下のことが判明した。1個の励起子を生成した直後の格子緩和中であれば、次の励起子生成には通常よりも低いエネルギー値で可能であること。フェナジン-(TCNQ1-x FTCNQx)混晶の作成を試みたところ、x=0.4の混晶では結晶と同型構造であるが、x=0.6では分子の配列に2量化が見られた。あるジアセチレン単結晶では、側鎖秩序の変化により、分子の対称性変化を伴う相転移が示唆され、その嫌光性は分子のコンフォメーションと関連すると考えられる。光を遮断した暗黒下においてのみ(準)安定に存在する洞穴(嫌光性)物質を、理論と実験の協力の下に広く探索した。まず1次元モデルを用いて、複数の励起子を作ったときの緩和形態を計算することで,協力現象としての嫌光性物質(相)の出現条件を理論的に探った。複数の安定構造ああるときの、ポテンシャル障壁の有無、障壁がある場合はその高さを定量的に計算した。複数のパラメータに対する相図を作成中である。嫌光性物質であるジアセチレン誘導体結晶の作成に注力したが、光学測定可能なバルク単結晶の育成を十分進めることはできなかった。このため、石英基板上に蒸着法で薄膜を形成し、これについて532 nm光を用いて常温でラマン散乱測定を行ったところ、蛍光によるブロードなピークが546nmに現れた。このピークはラマン散乱測定後には著しく強度を減少させることがわかった。また、ポリジアセチレンについて多波長共鳴ラマン散乱測定を行ったところ、共鳴させる吸収体により、励起状態とカップルする分子振動に大きな違いがあることを見出した。この結果は、光誘起相転移の励起波長依存性の理解を進める重要な結果である。洞穴物質の候補となりうる、1.ジベンゾチオフェン(C12H8S)誘導体とTCNBからなる錯体、2. 4-アミノ-p-ターフェニルとBHETCNQからなる錯体、3.フェナジンとFTCNQからなる錯体、4.銀フタロシアニンやリチウムフタロシアニンからなる錯体の作成を遮光下で試みた。その結果、1、2、3については、新規結晶を得て、結晶構造解析を行うことができたが、光吸収により性質が恒常的に変わる現象は見出されなかった。一方、可視光を吸収して跳ねるという特異な性質を示す(洞穴物質の一種と考えられる)6,13-ジアザペンタセンの結晶について、何故光を当てると跳ねるのかについて検討し、その概要を明らかにし学会で報告した。2個の励起子の自己束縛状態は空間分離して生じるのか、同一サイトに生じるのかを理論的に調べ、パラメーター(格子緩和S,クーロン反発U,バンド幅B)の相図にまとめた。1次元ではS=Uが境界となる。2次元、3次元では1個では自己束縛は生じないが、2個の励起子が協力してはじめて自己束縛する領域が出現する。また、拡張パイエルスハバードモデルを用いて光励起後の格子緩和ダイナミクスを調べたところ、1個の励起子を生成した直後の格子緩和中であれば、次の励起子生成には通常よりも低いエネルギー値で可能であることが判明した。組成を意図的にコントロールしたフェナジン-(TCNQ1-xFTCNQx)混晶の作成を試みた。少なくとも、x=0.4, 0.6の混晶を作り分けられることを確認し、それぞれの構造解析、電気伝導度の温度依存性、赤外吸収スペクトルを測定した。x=0.4の混晶では、結晶と同型構造をとりドナー分子・アクセプター分子の面間隔が一様であるのに対し、x=0.6の場合では、分子の配列に2量化が見られた。一方、x=0, 0.4, 0.6, 1と変化させるにつれ、室温での電気伝導度は10-9から10-6S・cm-1にかけて大きくなって行き、また活性化エネルギーも0.90eVから0.36eVにかけて小さくなっていく。ジアセチレン結晶の嫌光性は140K以下の温度で抑制されることが知られている。5,7-dodecadiyne-1,12-diol bis(phenyl carbamate)単結晶において、100cm-1以下の低周波数ラマン散乱スペクトルの温度依存性を測定した。ジアセチレン分子全体あるいは側鎖の全体的な運動に関わる4つのピーク位置の温度依存性は、いずれも分子振動の非調和項を考慮することで説明できる。一方、これらピークの強度は、温度低下とともに減少し、140Kでほぼ消失する。これは、側鎖秩序の変化により、分子の対称性変化を伴う相転移を示唆し、ジアセチレン結晶の嫌光性は分子のコンフォメーションと関連すると考えられる。フェナジン-(TCNQ1-x FTCNQx)

混晶の作成を試みたところ、x=0.4の混晶では結晶と同型構造であるが、x=0.6では分子の配列に2量化が見られた。あるジアセチレン単結晶では、側鎖秩序の変化により、分子の対称性変化を伴う相転移が示唆され、その嫌光性は分子のコンフォメーションと関連すると考えられる。理論面では、複数のパラメータに対する緩和励起状態の相図を作成中であるが、いわゆるドミノ倒しの機構に基づく光誘起構造変化との関係づけに関し、予定通りには進んでいない。ジアセチレンに関しては、ジアセチレン誘導体の合成は成功し、精製も十分な制度で実施することができたが、光学測定に用いることができる十分な大きさの単結晶を得ることができず、測定が遅れてしまっている。ジアセチレン結晶の嫌光性について情報を得るために、自作蒸着装置を用いた蒸着法による薄膜作製を試み、測定を行うことができたが、薄膜は微結晶の集合体であるため、ラマン散乱スペクトルの構造について十分な解析ができていない。一方、新規錯体の合成に関しては、これまでに上述のように、DBT-TCNB, DMeDBT-TCNB, 4-amino-p-terphenyl-BHETCNQ, Phenazine-FTCNQと4種類の新規錯体が得られている。これらについて、洞穴物質としての性質は見出せていないが、新規錯体を作成できているという観点からは、挑戦的な目的に対しての達成度は50%といったところである。6,13-ジアザペンタセンの光跳躍メカニズムの解明は、空気中の酸素や固体表面がからむ現象であり、また光照射後の生成物が通常の溶媒に不要であるという点から困難を極めたが、かなりのところまで機構を推測できており、以上併せてこの項目に関する目的達成度は75%程度である。物性理論理論面では、これまで光励起状態の断熱不安定性の有無に着目して研究を進めてきたが、今後は、その方向の研究推進とともに、発想を逆転し、現在ある物質の安定構造が、どのような仮想的な物質構造の光励起緩和構造に関連しているかという観点でモデルを立てて、解析を行ってみることも試みる。ジアセチレン分子のライブレーショナルモーションは、6001200cm-1の振動数を持つと予想されている。この範囲のラマン散乱スペクトルの温度変化を測定することにより当初目的の達成を目指す。バルク結晶の作製が困難である場合には、蒸着膜を用いた測定に切り替え研究を進める。ポリジアセチレンの示す嫌光性である光誘起相転移について、多波長ラマン散乱測定結果の解析を進め、励起状態とカップルする分子振動モードの違いから、光誘起相転移の励起波長依存性の説明を試みる。引き続き、新たな低次元洞穴物質の開発・探索を行う。特に、平成26年度に新規錯体を得ることができなかったフタロシアニン系物質の合成に力を入れる。また、嫌光性物質を、意図的に光や酸素を遮断するように微細な空洞や結晶格子内に閉じ込めることにより、通常の環境下(室内光下・大気下)でも扱えるようにした洞穴物質(例えばフィルター物質で被覆した洞穴物質)の開発、およびそれに特定の外部刺激を与えることにより状態変化を起こさせる実験を試みる。旅費を計上していたが、発表に相応しい国際会議が平成26年度中にはなく、支出の見込みにくい違いが生じた。中国の重慶で開かれる国際会議WCAM-2015に出席するための費用として、平成27年度の予算に加えることで使用する。