hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タマネギ乾腐病菌が生産するファイトトキシン様タンパク質

タマネギ乾腐病菌(FOC)は、宿主植物の根に含まれる抗菌成分に遭遇すると、培養細胞に壊死を引き起こすタンパク質(NIP8およびNIP8-S)を分泌する。本研究は、FOCの病原性におけるこれらのタンパク質の役割を明らかにすることを目的とした。研究の結果、NIP8はハイドロフォビンの部分断片産物であることが判明したが、病原性との関連性はみとめられなかった。一方、NIP8-Sは、ジスルフィド結合を3か所持つ塩基性タンパク質(pI 9.4)で、組換え大腸菌で生産したNIP8-Sは宿主植物に萎ちょうを引きおこした。このことから、NIP8-SはFOCの病徴発現に関与するタンパク質と考えられた。1.NIP8の遺伝子ファミリー:NIP8遺伝子の塩基配列解析から、NIP8はII型ハイドロフォビンタンパク質のプロセシング産物であることが判明した。Fusarium oxysporumのデータベースでハイドロフォビンモチーフを有するタンパク質を検索したところ5つのタンパク質(hyd1、hyd3、hyd4、hyd5、hyd-like)が明らかになった。これらの5つの遺伝子は、いずれもFOCゲノムに単コピーで存在し、NIP8遺伝子はhyd4のホモログであった。また、hyd-like遺伝子は他の4遺伝子(hyd1、hyd3、hyd4、およびhyd5)とはサイズや塩基配列の特徴が大きく異なっていた。FOCを、窒素源、炭素源、およびを窒素源・炭素源欠乏培地で培養し、各ハイドロフォビン遺伝子の発現を調べたところ、hyd1およびhyd3は炭素源欠乏で発現が誘導され、窒素源・炭素源欠乏でさらに強く発現が誘導された。hyd4とhyd-likeは窒素源・炭素源欠乏で発現が強く誘導された。hyd5は、窒素源、炭素源に関係なく、常に発現していた。2.ハイドロフォビン遺伝子の破壊:5つのhyd遺伝子それぞれのシングルノックアウト、ダブルノックアウト、およびトリプルノックアウト変異体を14種類作製した。いずれの変異体も、形態や生育特性については野生株と差異がみられなかった。現在、これらの変異体の病原性について調査している。3.NIP8::GFP融合タンパク質を生産する株の作製:宿主体内でのNIP8タンパク質の存在形態を調べるためにNIP8::GFP融合タンパク質を生産する株を作製した。タマネギ乾腐病菌(FOC)は、タマネギ根の抗菌成分に反応して、ファイトトキシン様のタンパク質(NIP8)を分泌する。24年度の研究により、NIP8はII型ハイドロフォビンタンパク質のプロセシング産物で、FOCには5つのハイドロフォビン遺伝子(hyd1、hyd3、hyd4、hyd5、hyd-like)がいずれも単コピーで存在することが明らかになった。25年度は、これらの遺伝子のノックアウト(シングルノックアウト、ダブルノックアウト、およびトリプルノックアウト)変異株(14種類)の病原性を調べた。また、NIP8に類似したファイトトキシン様タンパク質(NIP8-S)の遺伝子をクローン化し、遺伝子ノックアウト変異体を作製してそれらの病原性を調べた。さらに、酵母で生産した組換えNIP8-Sタンパク質を用いてタマネギに対する生物活性を調べた。研究の結果は以下のとおりである。1)FOCの各ハイドロフォビン遺伝子のノックアウト変異株(14種類)は、いずれも有意な病原性の低下を示さなかった。2)NIP8-Sは、データベースのタンパク質FOXB_07839(機能は不明)とほぼ100%一致した。NIP8-SはNIP8と同様、N末端側がプロセシングによって除去されていた。NIP8-Sの成熟タンパク質の推定pIは9.39、推定分子量は6088.10Daであった。アミノ酸組成には偏りがあり、ヒスチジン(9残基)、リジン(13残基)など、塩基性アミノ酸が多く含まれていた。また、NIP8と同様、システインが多く含まれ、ジスルフィド結合が3か所存在すると推定された。タンパク質の2次構造予測では、へリックス構造が3か所、シート構造が1ヶ所存在した。3)FOCのNIP8-S遺伝子は、感染根組織で発現しており、NIP8-S遺伝子ノックアウト変異株はタマネギ幼苗に対して病原性が低下した。また、組換えNIP8-Sタンパク質はタマネギ苗に萎ちょうを引きおこした。これらのことから、NIP8-SはFOCの病原性に関与するタンパク質と考えられた。タマネギ乾腐病菌(FOC)は、培養にタマネギの抗菌サポニンを添加すると、タマネギ細胞に壊死を引きおこすタンパク質(NIP8)を分泌する。このことから、NIP8はFOCの病原性において何らかの役割を果たしている可能性が示唆される。

本研究は、NIP8遺伝子破壊株およびNIP8タンパク質過剰発現株を作製し、FOCの病原性におけるNIP8遺伝子の役割を探るとともに、NIP8タンパク質と相互作用する宿主分子(標的分子)を明らかにすることを目的とする。NIP8タンパク質のアミノ酸配列を基づいて設計した縮重プライマーを用いて、NIP8cDNAをクローン化し、さらに5'RACE法によってcDNA全塩基配列を得た。この配列から推定されるORFは、20アミノ酸のシグナル配列を含む100アミノ酸残基で、クラスIIハイドロフォビンの特徴である8個のシステイン残基を有していた。また、NIP8は、本来のタンパク質(8.2 kDa)のC末端側51アミノ酸残基断片(5.3 kDa)であることが明らかになった。すなわち、ハイドロフォビンがプロセシングされて生じるタンパク質断片がタマネギ細胞に壊死を引きおこすと考えられた。NIP8遺伝子は、FOCゲノム中に単コピーで存在し、5'転写調節領域にはカタボライト応答配列がみられた。実際に、FOCのNIP8遺伝子は炭素源存在下で発現が抑制され、炭素源非存在下で誘導されることがRT-PCRによって確認された。NIP8遺伝子破壊株およびNIP8タンパク質過剰発現株を作製し、諸性質(形態、生育速度、胞子形成能、ストレス耐性、病原性)について調査した。この結果、NIP8遺伝子破壊株の性質はヒ素耐性が低下した以外は野生株と差異がみられなかった。また、NIP8タンパク質過剰発現株は、気中菌糸を豊富に形成したが、それ以外は野生株と差異がなかった。組換えNIP8タンパク質の調製に手間どっており、抗NIP8タンパク質抗体が得られていない。計画(タマネギ乾腐病菌NIP8遺伝子のクローン化・構造解析、NIP8遺伝子欠損株および過剰発現株の作製とそれらの病原性解析)が予定通りに進んだため。1.各ノックアウト変異体の病原性:24年度に引き続き、各ノックアウト変異体のネギに対する接種試験を行い、病原性の変化を明らかにする。また、hyd1、hyd3、hyd4、およびhyd5のクアドラプル変異体を作製し、同様にして病原性の変化調べる。2.宿主組織におけるNIP8遺伝子の発現:NIP8 cDNAの塩基配列をもとづいてリアルタイムRT-PCRプライマー設計し、FOCを接種したネギの組織(根、盤茎、葉鞘)におけるNIP8遺伝子の発現を経時的に解析する。また、NIP8::GFP融合タンパク質を生産する株を用いて、植物体内でのNIP8の発現および局在を明らかにする。3.NIP8タンパク質と相互作用する宿主分子(標的分子):組換タンパク質でウサギを免疫することによって、抗NIP8抗体を得る。この抗体を用いて免疫沈降を行い、NIP8と相互作用する宿主タンパク質を特定する。1.タマネギ乾腐病菌(FOC)のNIP8遺伝子破壊株およびNIP8タンパク質過剰発現株の病原性:23年度は、タマネギ乾腐病菌(FOC)のNIP8遺伝子破壊株およびNIP8タンパク質過剰発現株の病原性を、タマネギ幼苗の立枯れによって判定した。その結果、これらの株の病原性は野生株と差がなかった。しかしながら、乾腐病の病徴は生育中・後期に表れる方が多い。
広帯域誘電分光法による凍結液晶-ベンゼン系の拘束された分子ダイナミクスの研究

シアノビフェニール系液晶である5CBを用い,ベンゼンを溶媒として希釈したり(希釈法),低温域で凍結したり(凍結法)することで,液晶分子間や液晶-溶媒分子間の相互作用をコントロールし,分子の束縛や拘束の状態を広帯域誘電分光(BDS: 40Hz-10GHz)によって観測し,広い時間・周波数範囲で液晶や溶媒分子が示すスローダイナミクスの過程を追跡した。希釈法による緩和パラメータの濃度依存性から溶質-溶媒分子間相互作用がどのようにこれらの分子ダイナミクスを決定していくかを,また凍結法による緩和パラメータの温度依存性から不凍溶媒分子が凍結溶媒分子と溶質である液晶分子から束縛・拘束を受けながら示すスローダイナミクスや,不凍溶媒の存在によってダイナミックな性質を与えられている液晶分子と不凍溶媒分子間の相互作用の詳細を明らかにすることができた。本研究ではこれらのアプローチをさらに強誘電性液晶にも同様に適用し,従来の液晶研究に分子性液体で用いられる詳細な解析を行った。またリポソーム分散系のBDS測定や相転移温度近傍におけるマイクロ波誘電分光の精密測定から,リポソームを構成する脂質分子の相転移を周囲の水分子やイオンが反映することや相互作用によって水のゆらぎが変化していることがわかった。さらにDNAを加えた系についてのBDSと光散乱による観測では,DNA/リポソーム混合系の構造と物性に関する測定を終え、現在解析を行っている。初年度(7ヵ月)は,当該研究組織の広帯域誘電分光システムのうち特にオリジナルな時間領域反射(Time Domain Reflectometry)観測システムのリファインを目指し,まず従来用いられてきた標準的な液晶試料であるペンチル-シアノビフェニールのベンゼン溶液について,-10°Cの凍結状態から今後のプロジェクトで予定している60°Cまでの温度・濃度範囲での測定を行った。要求される条件として,試料セル周囲のセットアップや電極形状などについて確認できた。この結果と従来のデータとの比較を行ったところ,基本的な再現性を確かめた他,さらに詳細な比較から,電極形状にも依存する,高濃度域での液晶相形成時の分子配列を反映していると思われる違いが観測され,現在さらに詳細を確かめている。これらの結果を参考にして,現在強誘電性液晶を用いた液晶溶液系の系統的測定と凍結実験の新たなテーマ設定を行っている。異方性のある液晶分子ダイナミクスや,それらの拘束系についての広帯域誘電分光から,さらに詳細な液晶分子間相互作用の解析が可能になると期待できる。一方,従来のシアノビフェニール系液晶凍結時の拘束された液晶の分子ダイナミクスに関する系統的実験の測定条件が上述の基礎実験によって明確になった。また,生物系液晶としてのリポソーム分散液の誘電分光測定では,水の分子ダイナミクスのゆらぎが脂質分子膜の相転移を反映した温度依存性を示す様子が観測されつつあり,確認を急いでいる。さらに,本研究組織における広帯域誘電分光のデータ解析手法を用い,当該特別研究員の従来の強誘電性液晶の誘電データの新たな解析を行ったところ,液晶相転移の誘電分光による定義や,液晶分子ダイナミクスの新たな特徴づけが可能になってきた。これらの関連研究やその新たな解析を含む論文発表は,今後の本研究テーマへの継続的なつながりを明確に示すものである。シアノビフェニール系液晶や高分子について,ベンゼンなどの溶媒による希釈(希釈法)や,低温域での凍結(凍結法)を手段として,液晶分子間,液晶-溶媒分子間相互作用をコントロールし,その束縛や拘束の様子を広帯域誘電分光(BDS:1μHz-30GHz)による分子ダイナミクスの観測によって調べた。希釈法による緩和パラメータの濃度依存性からは溶質-溶媒分子間相互作用がどのようにこれらの分子ダイナミクスを決定していくかを,また凍結法による緩和パラメータの温度依存性からは,不凍溶媒分子が凍結溶媒分子と溶質である液晶分子から束縛・拘束を受けながら示すスローダイナミクスや,不凍溶媒の存在によってダイナミックな性質を与えられている液晶分子と不凍溶媒分子間の相互作用の詳細を知ることができた。本研究ではこれらのアプローチによる解析を従来の強誘電性液晶にも広げて同様に適用してみたところ,液晶の分子ダイナミクスの立場からの新たな緩和機構の解釈も可能になりつつある。また,シアノビフェニール液晶(5CB)の溶液系に関する緩和パラメータ解析を行い,特に濃度依存性から分子の配列形成過程について得られた結果と解析を用いて,従来の強誘電性液晶に関する測定データを示差走査型熱量(DSC)による相図作成の結果と共に,分子ダイナミクスの立場から解釈し直した。さらに,リポソームやタンパクなどの生体分散系における液晶・ゲル状態にまで研究対象を広げることで,液晶・生体分散系のスローダイナミクスの一般的挙動としての解釈を試みた。さらに広帯域性を持たせてリポソーム分散系の相転移のBDS観測と凍結実験を行なっていったところ,pureなリポソームの温度・濃度依存性の測定結果から4つの緩和過程を見出した。このうちリポソーム周囲の水については脂質膜部分が液晶状態をとることでゆらぎが大きくなっている様子を観測でき,最近我々が始めている平均特性時間とゆらぎとの関係による特徴付けへの可能性を示した。今後静的・動的光散乱による測定結果と併せて,これらの溶液・分散系の特徴を解釈していく。

シアノビフェニール系液晶である5CBを用い,ベンゼンを溶媒として希釈したり(希釈法),低温域で凍結したり(凍結法)することで,液晶分子間や液晶-溶媒分子間の相互作用をコントロールし,分子の束縛や拘束の状態を広帯域誘電分光(BDS: 40Hz-10GHz)によって観測し,広い時間・周波数範囲で液晶や溶媒分子が示すスローダイナミクスの過程を追跡した。希釈法による緩和パラメータの濃度依存性から溶質-溶媒分子間相互作用がどのようにこれらの分子ダイナミクスを決定していくかを,また凍結法による緩和パラメータの温度依存性から不凍溶媒分子が凍結溶媒分子と溶質である液晶分子から束縛・拘束を受けながら示すスローダイナミクスや,不凍溶媒の存在によってダイナミックな性質を与えられている液晶分子と不凍溶媒分子間の相互作用の詳細を明らかにすることができた。本研究ではこれらのアプローチをさらに強誘電性液晶にも同様に適用し,従来の液晶研究に分子性液体で用いられる詳細な解析を行った。またリポソーム分散系のBDS測定や相転移温度近傍におけるマイクロ波誘電分光の精密測定から,リポソームを構成する脂質分子の相転移を周囲の水分子やイオンが反映することや相互作用によって水のゆらぎが変化していることがわかった。さらにDNAを加えた系についてのBDSと光散乱による観測では,DNA/リポソーム混合系の構造と物性に関する測定を終え、現在解析を行っている。
日本人脳モデル作成、MRIによる脳形成異常の統計解析、臨床応用

日本人正常脳のMRI収集を50名分行い、データベース化を行った。解剖学的に重要な脳溝を同定するにあたり、脳溝ラベリング手法を用いた。結果として健常脳の中心溝にバリエーションが存在することを指摘した。この手法は脳神経外科手術画像として術前評価に応用され、手術計画における有用な情報を与えるものである。同時に、てんかん患者にみとめられる皮質形成異常の解析や脳発達に関連する重要な知見をもたらした。平成20年度、てんかん原性のない日本人脳のGyrationの解析を目的として、標準化に向けた脳MRIの収集に向けた活動を主に行った。これは当初の計画通りに正常脳のボランティアを募る予定とした,それに先立ち、正常脳の収集に関する和歌山県立医科大学内の倫理委員会の承認を得た(承認番号559、平成20年6月20日)。後に、MRIの使用施設との交渉を行い、技師や医師への説明、研究のためのMRIの特殊なシマクエンスのテスト撮影を5名に対して行い、共同研究者J-F Mangin、J Regisとの協議を経てホランティア脳の収集のための準備を構築した。実際のうち合わせについては20年8月にフランスのオルセー、マルセイユの2都市において会議を行った。日本に戻った後、-正常脳のMR工収集を開始した。平成20年度における実績は、男性15名、女性19名とほぼ予定に達しつつあるが、前向き研究による収集のため本当に必要な正常脳の数が男性25名、女性25名に設定している。この理由から、男性30名、女性30名のMRI収集を目標に設定し直した。実際に、正常脳のモデルに使用できない可能性のある脳が、男性2名、女性2名に発生しているためこの修正は妥当であると考えている。正確な脳回のラベリングに関しては脳研究として日本人脳に関する発表が皆無であるので慎重かつ迅速に行い、臨床応用に役立てる目的で非常に意義高いものと考えている。このデータ収集が基になり、日本人脳の標準化を図ることを最重要課題と思われる。なお、日本人脳研究に関して、左利きや右利きに関する情報、性別の情報などは収集されており、研究の波及効果も期待されるものと考えられる。脳神外科臨床での応用にしては脳外科手前に脳回や脳溝の解剖を基にして術前や術中の位置情報確認による手術補助の有用性の指摘、術後の適正切除の評価方法などが確立されつつある。平成21年度は、てんかん原性のない日本人脳のGyrationの解析を目的として、標準化に向けた脳MRIの収集を完成させた。正常脳のボランティアを、和歌山県立医科大学倫理委員会で承認を受けた(承認番号559、平成20年6月20日)プロトコールに従い収集した。当該研究のためのMRIの特殊なシークエンスのテスト撮影を5名に対して行い、実際の撮影人数は56名分となった。共同研究者J-F Mangin、J Regisとの協議を経てボランティア脳の解析のための検討を行った。実際のうち合わせは、21年8月にフランスのOrsay、Marseilleの2都市において会議を行い、日本で正常脳のMRI解析を開始した。平成21年度における実績は、男性28名、女性28名と予定に達し、前向き研究による収集に必要な正常脳の数が男性25名、女性25名を確保できた。実際に、正常脳のモデルに使用できない可能性のある脳が、男性3名、女性3名に発生しているためこの修正は妥当であった。正確な脳回のラベリングに関しては脳研究として日本人脳に関する発表が皆無であるので慎重かつ迅速に行うものとするが、臨床応用に役立てる目的で非常に意義高いものと考えている。中心溝の解剖学を中心とした解析で、中心溝と帯状回縁部と連続する例があり従来の学説と異なる知見例として平成21年2月にCI総会で演題発表を行った。脳神経外科臨床での応用に関しては、脳外科手術前に脳回や脳溝の解剖を基に術前や術中の位置情報確認による手術補助の有用性の指摘、術後の適正切除の評価方法などが確立されつつある。平成22年度の目標として、正常脳56名の収集と解析を行うことであったが、収集については完成し、解析については脳回と脳溝の立体構成がほぼ終了した。日本人脳についての解析結果から、特に中心溝については従来から教科書で指摘されていた帯状溝縁部後方との位置関係が必ずしも一定でないことを学会で発表した。帯状溝縁部後方から常に中心溝を決定する方法だと、中心後溝を誤って同定する可能性があり、脳外科手術で留意する必要があることを指摘した(機能的脳神経外科2010)。同時に、収集した56名の健常脳から、左利き、ベルガ腔、くも膜嚢胞を除外した50名について中心後溝の表面積、深さ、体積などを解析し、皮質形成異常患者や脳腫瘍患者と比較した。その結果、皮質形成異常の患者では中心後溝が帯状溝縁部後方に連続する特徴を示し、健常脳にも認めるものの、Relationsという脳溝の評価系において一定の傾向を示した。

このことより、健常脳においても皮質形成の発達に関する一つの可能性を示すと思われ、CI研究に投稿し、査読中である(2011)。共同研究者と、てんかん患者のてんかん原性発見の手法として、脳溝を基にしたこうした解析は一つのマーカーとして有用であるという結果をまとめ、Neurosurgeryに共著者として発表予定となった(2011、in press)。これらの結果を総合すると、脳皮質形成のメカニズムに迫ると同時に、形成異常の発見にもつながる臨床応用の可能性が開けたこととなり、今後のさらなる研究についての道筋が示された。
1歳児保育の質と保育者の実践知に関するフィールド調査研究

1歳児保育の質と保育者の実践知について,インタビュー・質問紙・観察調査を行い検討した。1歳児保育の難しさは,1歳児保育の特質を踏まえた援助への志向と構造上の実現困難との間のジレンマと捉えられ,その質の向上には,保育所定員,クラスサイズ,保育士配置についての基準の検討・改善が望まれる。また,保育者は各子どもについて詳細な実践知を有し瞬時の判断を行うが,その判断には各園の文化的側面が影響を及ぼすことも明らかとなった。本年度は、1歳児保育の質についてアンケート調査を行った。まず、アンケート調査内容を検討するために、保育所施設長・主任・1歳児クラス担当者を対象とした半構造化面接による聞き取り調査を行った。その結果、1歳児保育について、(1)1歳児の発達的特徴(自我の芽生え、言葉の未発達、月齢差等)から個別援助の必要性が高いこと、(2)現代の子どもの変容(アレルギー、情緒不安定な子どもの増加等)や家庭の変容により援助の必要性の高い子どもと保護者が増加していること、(3)保育士職の大変さや保育士不足感、(4)児童福祉施設最低基準見直しの必要性、(5)1歳児保育の重要ポイントと現場の工夫(担当制等)、(6)トラブルとその要因、(7)保育不全感、といった事柄が語られた。保育士は子ども-人ひとりに丁寧な対応をしたいというプロセスの質に対する願いを持ちながら、児童福祉施設最低基準に定められている保育士1:子ども6という構造的な質の問題から、「十分な保育ができない」という保育不全感を抱いていた。この結果については日本保育学会にて発表予定としてすでに投稿済みである。この聞き取り調査の結果をもとに、1歳児保育にかかわる構造の質とプロセスの質についてアンケート調査項目を作成し、予備調査を行った。その後、項目の修正等を行い、香川県下全保育所を対象としたアンケート調査を実施した。合計210施設に配布し、165施設より返送があった(回収率78.6%)。1歳児クラスの数と同数回答してもらう形式で配布したため、有効回答数は212であった。そのアンケートの集計、分析を構造の質とプロセスの質を観点として行った。調査結果の詳細については論文投稿予定である。また、アンケート調査時に22年度の観察研究への協力を依頼したところ、48施設より協力の申し出があったので、協力申し出施設にて引き続き1歳児保育の質についての調査を行っていく。本年度は,1歳児保育の難しさとは何か,インタビュー調査を元に質的分析を行った。その結果,1歳児保育の難しさとは,1歳児保育の特質を構成する条件,保育のポイントの認識と工夫,保育士の1歳児保育に対する思いという3つの枠組みで整理された。それらの影響関係の分析から,その全体像は「1歳児保育の特質を踏まえた援助への志向と構造上の実現困難との間のジレンマ」と捉えられた。また,アンケート調査の分析では,OECD(2006)が挙げた保育の質のうち,操作性の質とプロセスの質の関連について検討した。その結果,保育所の所属児合計児童数と1歳児クラス所属児童数,時間帯による保育士一人あたりの子どもの人数,活動の変わり目,排泄に誘う時間帯がトラブルの多さに影響を与えていることが明らかとなった。この結果から,これまで児童福祉施設最低基準で規定されていないクラスサイズについて,1歳児保育においては少人数でクラスを構成する必要性が,また,保育士一人あたりの子どもの人数について,より少人数の配置基準へ改定する必要性が示唆された。観察研究については,公立保育所1園,私立保育所1園で平成22年5月から平成23年2月まで,各園隔週1回,午前中の保育観察及び午前保育後に担任保育士全員を対象としたインタビューを実施した。特に食事場面については,同時に生起する複数の子どもの行動に対して,援助の優先性を瞬時に判断して食行動獲得に向けた援助を行っており,その優先性の判断には,各保育者の実践知が大きく関与していると考察された。
ケイ素置換アルキニルフェノール類からのビニリデン錯体生成を鍵とする環化反応の開発

本年度の研究では主として、カチオン性ロジウム触媒を用いたベンゾフラニルメチリデンベンゾオキサシロールについての研究を行った。具体的には、ケイ素上にイソプロピル基、アルキニルフェノール部位をそれぞれ二つずつ有する対称なケイ素架橋ジインを反応基質に用い、適切な条件で反応を行うことで1,2-ケイ素/1,3-炭素転位、オキシ環化が連続的に進行し蛍光性骨格が一挙に構築できることを明らかにした。特に、詳細な反応機構および光学物性の解明を目的として以下の検討を行なった。(1)反応機構の解明本反応は複数の転位反応が連続的に進行する興味深い反応機構を経由することから、ONIOM法を用いた計算により詳細な機構の解明を検討した。検討の結果、想定していた1,2-ケイ素転位ではなく、フェノールの脱芳香族化を経由した1,5-ケイ素転位が進行することを明らかにした。(2)光学物性の解明得られた化合物はいずれも蛍光を示し、溶液状態において優れた蛍光量子収率を示した。芳香環上置換基の精査により固体状態でも高い蛍光量子収率を示し、溶液状態よりも長波長シフトした蛍光を示した。特に芳香環上のパラ位にメチル基を有するものでは、フィルム/結晶状態ともに溶液状態よりも高い蛍光量子収率を示した。単結晶X線構造解析の結果から、結晶状態においてダイマーが連なったカラム構造を形成しており、DFT計算から、ダイマー間でLUMOの軌道の重なりが見られるとともに、HOMO-LUMOギャップがモノマーよりも低下することを明らかにし、結晶状態で効率的にダイマーを形成することで溶液状態よりも長波長シフトした強い蛍光を示すことを明らかにした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
異種テラヘルツ過渡現象が共存した半導体結晶からの電磁波放射応答の解明

光励起キャリアの輸送過程およびプラズモン振動に起因した2成分のテラヘルツ電磁波放射応答の共存特性を解明することを目的としており、今年度はGaAs多層膜から放射されるテラヘルツ電磁波を電気光学サンプリング法によって様々な条件下で測定した。以下に得られた研究成果を示す。1. n型GaAs上に非ドープGaAs層(厚み200 nm)をエピタキシャル成長させたGaAs多層膜を試料として、非ドープ層の内蔵電場(28 kV/cm)に由来した光励起キャリア輸送過程および縦光学フォノン・プラズモン結合(LOPC)モードによるテラヘルツ電磁波放射を励起源であるフェムト秒レーザーの光子エネルギーに対して系統的に測定した。その結果、2成分の放射強度比が光子エネルギーで変化することを明らかにした。その起源を調査するために、フーリエ変換強度スペクトルの形状解析を行った。キャリア輸送成分についてはモンテカルロシミュレーションを使用し、LOPCモード成分についてはプラズモン・フォノンモード結合方程式に基づく強度スペクトルの理論式を用いた。以上の解析から、光励起キャリアの空間分布を反映した内蔵電場の遮蔽効果が放射強度比の変化の一要因であることが示唆された。2.非ドープ層厚が500 nm(内蔵電場強度は12 kV/cm)のGaAs多層膜を対象に1と同様の実験を行い、LOPCモードの放射強度が非ドープ層厚に強く依存することを明らかにした。また、本実験結果についても、1で述べた解析方法によって半定量的に説明することができた。3.プラズモン・フォノンモード結合方程式の数値計算によって、テラヘルツ電磁波時間波形の形状解析を行った。これにより、光励起キャリア輸送過程とLOPCモードのテラヘルツ電磁波放射開始時間が異なることが示された。2成分のテラヘルツ電磁波放射応答をさまざまな条件下で精密に測定するために、既設のテラヘルツ時間領域分光システムの追加整備を行った。主に以下3つの整備を実施した。(1)励起光源であるモード同期チタンサファイア共振器の光学系を最適化し、これまでよりも短い時間幅のパルスを発生できるようにした。(2)窒素パージボックス内部の部品を改良して、パージ作業時間を短縮した。(3)光学系を構成するミラーの種類等を検討し、分散補償の最適化を行った。以上の追加整備は、おおむね計画通りに達成した。実験面では、非ドープ層厚(内蔵電場強度)の異なる2種類のGaAs多層膜を対象として、キャリア輸送過程およびLOPCモードによるテラヘルツ電磁波時間波形を、励起レーザーの光子エネルギー、強度、および時間幅に対して系統的に測定することに成功した。理論面では、第1に、2成分の放射強度比のメカニズムについての考察を行うために、強度スペクトルの解析方法を構築した。第2に、テラヘルツ電磁波放射ダイナミクスの解析を行うために、プラズモン・フォノンモード結合方程式に基づいた時間波形の形状解析方法を構築した。以上の結果から、2成分共存下テラヘルツ電磁波放射応答に関する様々な知見が得られた。特に、時間波形の解析から示された放射開始時間の違いは、次年度の調査事項の一部であったので、今後の研究に大いに役立つ知見である。以上の理由から、現在までの進捗状況は「おおむね順調に進展している」と評価した。テラヘルツ電磁波の強度スペクトルおよび時間波形の解析から2成分共存下放射応答に関する様々な知見が得られることが示されたので、解析方法の追加検討と解析結果の考察を継続して行い、共存特性を定量的に明らかにする。キャリア輸送過程およびLOPCモード振動は、電子系および格子系における異なる相互作用によって特徴づけられているものなので、それらのテラヘルツ電磁波放射ダイナミクスにおいては周波数や強度以外にも様々な違いがあることが予想される。今後は、2成分のテラヘルツ電磁波放射の放射開始時間の違いに焦点を置いて、これを実験的に調査する。そのために、光学系を追加整備して、ダブルパルス励起下でのテラヘルツ電磁波放射応答の測定を行う。実験結果は、上述のプラズモン・フォノンモード結合方程式等に基づいて考察する。以上の方法により、2成分共存下特有の電磁波放射応答を特徴づけるメカニズムを明らかにしていく。

2.非ドープ層厚が500 nm(内蔵電場強度は12 kV/cm)のGaAs多層膜を対象に1と同様の実験を行い、LOPCモードの放射強度が非ドープ層厚に強く依存することを明らかにした。また、本実験結果についても、1で述べた解析方法によって半定量的に説明することができた。3.プラズモン・フォノンモード結合方程式の数値計算によって、テラヘルツ電磁波時間波形の形状解析を行った。これにより、光励起キャリア輸送過程とLOPCモードのテラヘルツ電磁波放射開始時間が異なることが示された。2成分のテラヘルツ電磁波放射応答をさまざまな条件下で精密に測定するために、既設のテラヘルツ時間領域分光システムの追加整備を行った。主に以下3つの整備を実施した。(1)励起光源であるモード同期チタンサファイア共振器の光学系を最適化し、これまでよりも短い時間幅のパルスを発生できるようにした。(2)窒素パージボックス内部の部品を改良して、パージ作業時間を短縮した。(3)光学系を構成するミラーの種類等を検討し、分散補償の最適化を行った。以上の追加整備は、おおむね計画通りに達成した。実験面では、非ドープ層厚(内蔵電場強度)の異なる2種類のGaAs多層膜を対象として、キャリア輸送過程およびLOPCモードによるテラヘルツ電磁波時間波形を、励起レーザーの光子エネルギー、強度、および時間幅に対して系統的に測定することに成功した。理論面では、第1に、2成分の放射強度比のメカニズムについての考察を行うために、強度スペクトルの解析方法を構築した。第2に、テラヘルツ電磁波放射ダイナミクスの解析を行うために、プラズモン・フォノンモード結合方程式に基づいた時間波形の形状解析方法を構築した。以上の結果から、2成分共存下テラヘルツ電磁波放射応答に関する様々な知見が得られた。特に、時間波形の解析から示された放射開始時間の違いは、次年度の調査事項の一部であったので、今後の研究に大いに役立つ知見である。以上の理由から、現在までの進捗状況は「おおむね順調に進展している」と評価した。テラヘルツ電磁波の強度スペクトルおよび時間波形の解析から2成分共存下放射応答に関する様々な知見が得られることが示されたので、解析方法の追加検討と解析結果の考察を継続して行い、共存特性を定量的に明らかにする。キャリア輸送過程およびLOPCモード振動は、電子系および格子系における異なる相互作用によって特徴づけられているものなので、それらのテラヘルツ電磁波放射ダイナミクスにおいては周波数や強度以外にも様々な違いがあることが予想される。今後は、2成分のテラヘルツ電磁波放射の放射開始時間の違いに焦点を置いて、これを実験的に調査する。そのために、光学系を追加整備して、ダブルパルス励起下でのテラヘルツ電磁波放射応答の測定を行う。実験結果は、上述のプラズモン・フォノンモード結合方程式等に基づいて考察する。以上の方法により、2成分共存下特有の電磁波放射応答を特徴づけるメカニズムを明らかにしていく。成果発表のための費用として確保していた助成金の一部を次年度使用とした。その理由は、解析結果の考察に更に時間が必要だと判断して3月の学会発表を1件延期したためである。よって、次年度に同じ目的(成果発表のための費用)で使用する予定である。
インターネット空間における影響伝播

インターネット空間における影響伝播のプロセスを表す数理モデル(IDM)を提案し、実際に様々なデータを分析することで提案手法の妥当性の検討を行った。また、IDMの理論解析も行い、データのゆらぎに頑健な指標を提案した。また、ビッグデータに対応できるように、簡便化した方式によるIDMの近似解の導出を行った。本年度は、インターネット空間の大規模データとして、Spinn3r Blog Datasetが提供する4,400万件のブログデータ(142GB)、Livedoorが提供するソーシャルブックマークのクリップデータ157万件、モバイルSNSサイトにおける紹介データ・行動データ、Twitterの大規模データを収集した。また、それぞれのデータの基礎的検討を行った。また、影響伝播モデルの線形代数表現による拡張を行った。具体的には、影響伝播モデルを再帰構造行列と重み行列のシューア積で表すことにより、影響伝播モデルの理論的背景の解明を行った。その結果、汎用的な統計解析ソフトウェアによって効率良く影響伝播モデルの計算が行えるようになった。また、計算量の見積も行い、大規模データにも適用できることを示した。この成果は「第17回Webインテリジェンスとインタラクション研究会」にて口頭発表を行った。また、グラフィックカード用のGPUを用いた超並列計算アプローチの導入に関する検討も行った。本年度は、モバイルSNSを対象としてユーザの金銭的価値の研究を行った。従来、このようなサイトにおげるユーザの価値は、ユーザの消費行動(具体的には、Recency:来訪間隔、Frequency:来訪頻度、Monetary:金額の3指標)、もしくはユーザの友人関係のネットワーク分析によってなされてきた。本研究では、これらの指標を統合し、ユーザの友人関孫および友人たちの消費行動を同時に考慮した新しい価値指標を提案した。モバイルSNS運営会社から提供されたデータに適用し、提案手法の評価を行った。本研究の成果は、ソーシャルメディアの国際会議ICWSM2010、およびマーケティングサイエンスの国際会議INFORM2010において発表した。また、ブログからインフルエンサーおよび消費者インサイトを発見する研究成果をまとめた論文は、季刊マーケティングジャーナルに掲載された。また、3月11日に未曾有の大震災が日本を襲ったとき、情報流通のインフラとしてツイッターは大活躍したが、ツイッターを飛び交う情報は玉石混交であり、現地の状況がいち早く伝わる一方で流言によって混乱が助長され、ソーシャルメディアの良し悪しの両面が顕になった。このことから、情報の信ぴょう性や流言の性質を明らかにすることが急務となった。そこで、ツイッターのツイートを収集するソフトウェアを開発・公発し、東日本大震災やコスモ石油二次災害防止情報などに関するツイートを収集・公開した。現在、収集したツイートデータを用いて、流通・拡散する情報の特性、信頼性、伝播経路に関する分析を行っている。本年度は、モバイルSNSサイトにおけるマーケティングエコシステムの研究を行った。具体的には、テレビCM、ツイッター、プログによる相互作用が入会にどの程度貢献しているかを共分散構造分析によって明らかにしたものであり、各施策の具体的な効果を明らかにした。本研究の成果は、国際会議Social Mobile Webにて発表を行った。また、影響伝播が起こる際の最適情報格差に関する研究を行った。従来はインフルエンサーと呼ばれる影響力をもった小数の人がその他の大多数の人に影響を及ぼすと考えられてきたが、サーベイ調査およびIDMによる影響力の授受関係を詳細に分析した結果、自分よりも少し影響力の高い人から影響を受けることが明らかになった。本研究の成果は、国際ワークショップSocial Behavioral Analysis and Behavioral Changeにて発表を行った。また、影響伝播モデルIDMは従来は行列計算により影響量を求めてきたが、これでは大規模データに適用することが難しいという欠点があった。そこで確率モデルを導入し、影響量の近似値を求めるアルゴリズム(IDMstat)を開発した。IDMstatでは、データ量に対して線形オーダーしか計算量がかからないので、大規模データに適用できる可能性が高いことを1万件程度の小規模データによって確認した。また、従来はテキストデータは多ければ多いほどよいと考えられてきたが、結果が変わらないのであればデータは少ないほど分析の効率は上がる。そこで、必要最小限のテキストデータの分量を見積もる理論的サンプリングのアルゴリズムを提案した。
副作用の生じない幾何摂動法の開発

本研究の目的は,幾何的退化を解消する従来の記号摂動法が望ましくない副作用をもたらすことを反省し,除きたい退化だけを選択的に解消できる新しい摂動法を開発することである.初年度は,3次元ドロネーメッシュ生成問題を取り上げ,従来の摂動では体積0の四面体が生じるという副作用の防止法を開発した.2年度目は,線分交差判定問題における記号摂動の副作用防止方法を開発し,超大規模集積回路の配線チェックを,例外処理なしで実行できる方法を構築した.最終年度の本年度は,これまでの成果に基づいて,副作用を避けることのできる選択的例外解消法の一般論を追求した.その基本アイデアは,入力データに摂動を加えるという従来の方法をやめて,問題自身に摂動を加えるという発想の転換である.実際に,ドロネーメッシュで体積0の四面体を避けるためには,問題自身をラゲールドロネーメッシュ問題へ置き換え,配線の交差チェックでは,線分をひし形図形に置き換え,いずれの場合も問題自身を変更した.この発想の転換は,データに摂動を加える従来法に対して,「超摂動」とよぶことができる.この新しい考え方を適用することによって,多面体の集合演算における縮退頂点の位相的整合性の確保,コンピュータグラフィックスにおける立体表面模様のすき間解消などの手法を開発できた.これらの研究を通して,「例外は記号摂動によって解消できるからアルゴリズムの設計においては例外は考えなくてもよい」という記述の欺瞞性を告発することもできた.本研究の目的は,幾何的退化を解消する従来の記号摂動法が望ましくない副作用をもたらすことを反省し,除きたい退化だけを選択的に解消できる新しい摂動法を開発することである.本年度は,3次元ドロネーメッシュ生成問題を取り上げ,従来の摂動では体積0の四面体が生じるという副作用の防止法を開発した.ここで着目する副作用は,入力点の座標に摂動を施すために生じるものなので,これを防止するためには点の座標ではなく,別のデータに摂動を施さなければならない.そのためには,問題自体を摂動させる以外にないという結論に達し,3次元ドロネー図が,3次元ボロノイ図の双対図形として得られることに注目して,対応するボロノイ図の一般化技術を利用することにした.その結果,(1)3次元球ボロノイ図作成問題において球の半径に摂動を施す方法,(2)3次元ラゲールボロノイ図の加法重みに摂動を施す方法,(3)4次元凸包の点の第4座標へ摂動を施す方法のいずれを用いても,目的の選択的摂動が達成できることを証明した.次にこれら三つの方法の特質を比較し,4次元凸包に摂動を施すのが,もっとも汎用性が高くて得策であるという結論に達した.これによって,副作用が生じる心配なくドロネーメッシュを効率的に構成できるようになった.この結果は,一つの幾何問題に対する摂動の副作用を防止するという個別技術であるが,入力データではなくて問題自身に摂動を施すという考え方は新しくて強力なものであり,本研究の最終目的へ向かっての第二歩が踏み出せたと考えている.本研究の目的は,幾何的退化を解消する従来の記号摂動法が望ましくない副作用をもたらすことを反省し,除きたい退化だけを選択的に解消できる新しい摂動法を開発することである.昨年度は,3次元ドロネーメッシュ生成問題を取り上げ,従来の摂動では体積0の四面体が生じるという副作用の防止法を開発した.ここで得られた経験・知見を生かして,本年度は,線分交差判定問題における記号摂動の副作用防止方法を開発した.超大規模集積回路の配線設計などでは,平面上に配置された多数の線分が途中で交差していないことを確認しなければならない.多くの配線は水平・垂直の2方向の線分で構成されるため,線分同士が端点で接触することが多いが,これは異常交差とはみなしたくない.線分を無限小だけ縮めるという記号摂動を用いればこの要求は満たされるが,端点以外での接触状態を見落としてしまうという副作用が生じてしまい,本来の目的は達成できない.この困難を克服するために,それぞれの線分を摂動を施した4本の線分で置き替えることによって,実質的に長さ方向には無限小だけ縮め,幅方向には無限小だけ拡大する変形を実現した.これによって,端点同士の交差は検出しないが,途中で接する交差は見逃さない交差検出が望みどおりできるようになった.このアルゴリズムをソフトウェアとして実装し,計算時間の面で負担は大きいものの,副作用なく配線の異常交差を完全に検出できるロバストな振舞いを確認することができた.このように本年には,記号摂動の副作用を防止する二つ目の個別技術を開発することができ,本研究の最終目標へ向かって順調に研究を進めることができている.本研究の目的は,幾何的退化を解消する従来の記号摂動法が望ましくない副作用をもたらすことを反省し,除きたい退化だけを選択的に解消できる新しい摂動法を開発することである.初年度は,3次元ドロネーメッシュ生成問題を取り上げ,従来の摂動では体積0の四面体が生じるという副作用の防止法を開発した.2年度目は,線分交差判定問題における記号摂動の副作用防止方法を開発し,超大規模集積回路の配線チェックを,例外処理なしで実行できる方法を構築した.最終年度の本年度は,これまでの成果に基づいて,副作用を避けることのできる選択的例外解消法の一般論を追求した.その基本アイデアは,入力データに摂動を加えるという従来の方法をやめて,問題自身に摂動を加えるという発想の転換である.

実際に,ドロネーメッシュで体積0の四面体を避けるためには,問題自身をラゲールドロネーメッシュ問題へ置き換え,配線の交差チェックでは,線分をひし形図形に置き換え,いずれの場合も問題自身を変更した.この発想の転換は,データに摂動を加える従来法に対して,「超摂動」とよぶことができる.この新しい考え方を適用することによって,多面体の集合演算における縮退頂点の位相的整合性の確保,コンピュータグラフィックスにおける立体表面模様のすき間解消などの手法を開発できた.これらの研究を通して,「例外は記号摂動によって解消できるからアルゴリズムの設計においては例外は考えなくてもよい」という記述の欺瞞性を告発することもできた.
Wntシグナルによる胎盤形成制御の分子機構

胎盤の絨毛組織(胎盤の外側が子宮壁に入り込んだもので、胎児と母体との連絡に関与)が形成される際には、シンサイチンというタンパク質の働きで起こる細胞融合が重要であることが知られている。私たちは、シンサイチンがGcm1というタンパク質の制御を受け、Gcm1がさらにWntシグナルの制御を受けていることを明らかにした。すなわち、「Wntシグナル→Gcm1→シンサイチン→細胞融合」という制御経路を世界に先駆けて示した。マウスの胎盤形成過程では、胎生8.5日に漿膜と尿膜が接触した後、漿膜のGcm1発現細胞が融合してsyncytiotrophoblastになり、尿膜血管の陥入を誘導する。この現象をよく反映するin vitro系として、絨毛癌細胞株Bewoが知られている。Bewo細胞をforskolin処理すると、相互に融合してsyncytiotrophoblast様に分化するが、この際にGcm1の発現が上昇する。このとき、1)リアルタイムRT-PCRにより、Gcm1だけでなく、Axin2およびBAMBI等の既知のWnt標的遺伝子も発現が上昇することを見出した。2)Gcm1遺伝子のTCF4結合配列を用いたCHIP法により、Gcm1の発現上昇に相関してβ-catenin/TCF4シグナルの活性化が起こっていることを見出した。3)B9L・β-cateninおよびTCF4をノックダウンすると、forskolin処理によるGcm1の発現上昇が阻害されることを見出した。これらの知見から、Gcm1遺伝子がWntシグナルおよびB9L/TCF4/β-catenin複合体の直接のターゲットであることを示した。この結果により、B9Lによる胎盤形成制御の分子機構として強く示唆されている、「Wntシグナル→B9L/β-catenin/TCF4複合体→Gcm1発現誘導」というシグナル伝達経路の存在を立証することができた。研究実施計画では、平成22年度以降の重点計画として、Wnt/β-cateninシグナルの下流でGcm1により転写調節される遺伝子の同定をとりあげた。その候補として、Gcm1の下流因子syncytin-1および-2に着目してノックダウン実験およびノックアウトマウスを用いたin vivo解析を行い、以下の知見を得た。1)BeWo細胞において、B9L、β-cateninあるいはTCF4をノックダウンすると、syncytin-1および-2の発現が抑制される。したがって、syncytin-1および-2はWnt/β-cateninシグナルの下流でGcm1により発現制御をうけていることが示された。2)syncytin-1および-2は細胞融合制御因子であることが知られている。実際、BeWo細胞において、B9L、β-cateninあるいはTCF4をノックダウンすると、細胞融合が抑制されることを見出した。3)B9Lノックアウトウスの胎盤において、syncytin-Bの発現が抑制されており、さらに電顕観察の結果、絨毛の栄養芽細胞の融合および分化が阻害されていることを見出した。以上の結果を総合すると、「Wnt/β-cateninシグナル→Gcm1→syncytin→細胞融合」という経路が浮かび上がる。これはWnt/β-cateninシグナルと細胞融合のリンクを世界に先駆けて示したことになる。したがって、Wnt/β-cateninシグナルが細胞融合の制御という新たな役割を介して、組織の修復・再生やがんの発生に関与することが示唆された。本研究計画でこれまでに得られた知見は、学術論文として海外の著明学術誌に投稿中である。1)BeWO細胞において、B9L、β-CateninあるいはTCF4をノックダウンすると、Syncytini-1および-2の発現が抑制される。

上記の結果の他、本研究計画でこれまでに得られた知見を総合して学術論文としてまとめ、海外の著明学術誌に投稿したところ、論文審査メンバーの高い評価を得て、論文発表をすることができた。
低温プラズマと触媒複合プロセスの活性化メカニズムの解明と高度利用技術の確立

本研究では、大気圧放電プラズマと触媒の複合技術を利用した反応活性と選択性に優れた革新的低温化学反応技術の確立を目指している。触媒表面で形成されるサーフェスストリマの進展特性に着目した基礎では、触媒表面で1次と2次ストリマが形成されることを明らかにした。プラズマ触媒に用いる活性金属としては、白金より銀の方が有効である理由として、ストリマの進展が金担持触媒上で有利であることに由来していることが分かった。この研究成果は、今まで実験的に確認されてきた触媒の種類による反応活性の違いを解明する上で極めて重要な学術的情報が提供できると共に、今後の触媒の改良及び高度設計に有効に活用できるものである。今年度の研究では、プラズマと複合するゼオライト触媒を選定する基礎データとしてゼオライトを構成するシリカ(SiO2)とアルミナ(Al2O3)の組成比に着目した。同じ骨格構造(Y型)でSi/Al比が異なるゼオライトに銀を担持した触媒を作製し、プラズマ中における諸特性について評価した。高感度カメラ(ICCD)を利用し触媒層で形成されるプラズマを観察した結果、低Si/Al比のY型ゼオライトに銀を担持した触媒ではサフェースストリーマが進展しやすいが、Si/Al比が大きくなるとプラズマ発生が触媒ペレットの接触点に限定されることを明らかにした。また、サフェースストリーマの進展は酸素プラズマ中におけるVOC分解活性に強く関連されていることを明らかにした。サフェースストリーマの進展特性が大きく変化する原因の一つとして担持した銀の酸化-還元状態により表面抵抗の変化が重要であることを電気伝導度測定や、X線回折分析から突き止めることができた。ESR分析法を用いた分析では触媒活性の高いSi/Al比の低いゼオライト触媒でプラズマにより酸化された2価の銀や3価の鉄イオンが多く形成されることから、表面近傍で形成されるフェースストリーマが触媒との総合作用を促進し、高い触媒活性を引き出している重要なパラメータであることを明らかにした。また、分光学的分析から活性の高い触媒では、担持した銀ナノ粒子がプラズマにより励起してから540nm付近で蛍光を発していることを明らかにした。これはプラズマと触媒の直接的相互作用を裏付ける一例として重要な知見である。今年度の研究では、プラズマと触媒の複合化に向けた基盤となる要素技術を得るために基礎的な検討を行った。プラズマ中に生成される活性種の拡散距離と触媒表面からプラズマまでの距離の比として定義される無次元パラメータを提案し、プラズマー触媒の直接作用が得られる条件を示すことができた。また、プラズマと触媒の個々のプロセスにおける特異的な反応時間を比較することによって、両者のカップリングに必要な基礎的検討課題を提示した。プラズマと触媒の相互作用解明の一環として、触媒表面で形成されるサーフェスストリマの進展過程について高感度ICCDカメラを用いてナノ秒オーダーで観察を行い、触媒表面における1次ストリマと2次ストリマの計測に成功した。1次ストリマの進展速度は、印加電圧に比例して増加すると同時に、触媒の種類に大きく影響されることが分かった。ガンマアルミナ系では、担持金属として白金(Pt)より銀(Ag)が優れていることが分かった。酸化チタン系の触媒では、1次ストリマで最高で660 km/sの進展速度が計測された。一方で、2次ストリマは1次ストリマに比べ進展速度が遅く、印加電圧に依存せずほぼ一定な進展速度を示した(酸化チタン系で120 km/s、ガンマアルミナ系で70 km/s)。バンドパスフィルターによる発光パタンの比較からは、気相のストリマと同じように窒素のSPS(second positive system)の発光がメインであることが分かった。また、プラズマ反応器に充填した触媒ペレット間で生じる部分放電が1次ストリマの進展に寄与していることも明らかにした。研究目標を達成するために必要とされる要素技術としては、「低温プラズマとの複合に適した新規材料の開発」、「モデル反応などによる新規触媒の評価技術とシナジー効果発現に必要な条件の確立」、「メカニズム解明」など綜合的な評価が必要である。今年度の研究では、低温プラズマと触媒の複合化における基礎的な条件を提案すると同時に、両者の時間スケールを比較することで、今後の研究開発における検討課題を明瞭に示すことができた。また、触媒表面で進展するサーフェスストリマのナノ秒観察に初めて成功し、この研究分野における共通となる基礎的な知見を発信できた。特に、触媒表面上のプラズマ進展の速度、1次及び2次ストリマの詳細な進展速度、印加電圧及び触媒量の依存税などについて詳細な情報を得ることができた。また、サーフェス1次ストリマの進展過程において触媒ペレット間で生じる部分放電が中間起点となり、ストリマの進展を促進していることも明らかにした。本研究では、触媒、吸着、低温プラズマの相補的融合における相互作用のメカニズムを解明し、革新的化学反応分野の開拓とプラズマ化学の高度利用技術の確立を目指す。

具体的には、プラズマによる触媒の低温活性化メカニズムを解明することで反応活性と選択性に優れた革新的化学反応の基盤技術を確立し、「水素の長距離輸送に適した低温燃料改質」、「大気及び水中の汚染物質除去の高度化と省エネルギー化」、「脱貴金属の低温触媒技術の体系化」等の多様な応用分野へ波及効果をもたらす高度利用へ展開する。この基盤研究は、単なる分野横断的な技術の結合に留まらず、プラズマ技術の高度化、メカニズム解明による新規の高効率低温反応場の確立など、プラズマ化学、触媒反応、次世代エネルギー、環境浄化など基礎から応用に至る科学的基盤の確立を目的とする。これまでプラズマと触媒の相互作用解明の一環として、触媒表面を走るサーフェスストリマの詳細について高感度ICCDカメラを用いた詳細な観察を行ってきた。その結果、気相のストリマと同様に触媒表面でも1次ストリマと2次ストリマが形成されることを世界に先駆けて明らかにした。特に、触媒表面では2次ストリマが出現する電圧閾値が存在すること、また、ストリマの進展速度が2次では印加電圧に依存せずほぼ一定な値を示すことを明らかにした。活性金属の担持によりストリマ進展が速くなることを明らかにした。今年度では、モデル反応の一つとしてルテニウム触媒を用いたアンモニア合成を行い、パルス電圧の印加が交流より3倍高い収率を示すことを明らかにした。触媒担体の種類がサーフェスストリマに及ぼす影響も検討し、アルミナ系おり酸化チタンの方が1次、2次ストリーマ共に進展しやすいことを明らかにした。本研究では、大気圧放電プラズマと触媒の複合技術を利用した反応活性と選択性に優れた革新的低温化学反応技術の確立を目指している。触媒表面で形成されるサーフェスストリマの進展特性に着目した基礎では、触媒表面で1次と2次ストリマが形成されることを明らかにした。プラズマ触媒に用いる活性金属としては、白金より銀の方が有効である理由として、ストリマの進展が金担持触媒上で有利であることに由来していることが分かった。この研究成果は、今まで実験的に確認されてきた触媒の種類による反応活性の違いを解明する上で極めて重要な学術的情報が提供できると共に、今後の触媒の改良及び高度設計に有効に活用できるものである。本研究では、大気圧放電プラズマと触媒の複合技術を利用した反応活性と選択制に優れた革新的低温化学反応技術の確立を目指している。研究目標を達成するために必要な要素研究としては「プラズマ環境に適した脱貴金属の新規触媒の開発」、「プラズマと触媒の相互作用の解明」、「シナジー効果の条件確立」、「モデル反応を用いた触媒活性の評価と評価手法の確立」などがあり、これらを並列に同時に遂行することによりメカニズム解明と様々な応用分野へ活用できるプラットフォーム技術の確立を目指している。H26年度の研究では、ナノサイズの銀を担持したゼオライト触媒を作製し、ベンゼンをモデルVOCとして触媒の反応活性を評価し、シリカ/アルミナ比(Si/Al)が低いY型ゼオライト触媒が有効であることを見出した。また、プラズマ中におかれた銀担持のY型ゼオライト触媒の活性に及ぼす様々なパラメータ(電気伝導度、Si/Al比、サフェースストリマの進展、印加電圧等)を精査し、プラズマと触媒の相互作用について重要な知見を得ることができた。脱貴金属の新規触媒の開発では、ゼオライトに担持した酸化物が混ざった銀(Ag)触媒が有効であることを明らかにし、脱貴金属の新規触媒開発の可能性が実証できた。