hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
豊かな芸術表現のための粒金技術を可視化する、芸術と工学の学際的研究

芸術学的視点と材料学的視点で研究を進め、文献調査では粒金接合部についての検討と古代粒金の接合法を調べた。MIHOMUSEUMでは粒金作品の金帯や金の帯鈎の金粒接合部をデジタル顕微鏡で実地調査をおこなった。韓国では出土品の金製耳飾を非破壊機器を用いて分析調査をおこなった。それらの結果から粒金接合は銅化合物を使用していることが多く、銅化合物で接合実験をおこなった結果、電気炉、木炭雰囲気中で、炭酸銅が銅に還元し接合することを明らかにした。接合部をボールシェアテストやX線CTで評価し、共晶反応で良好な接合が出来ていることが実証できた。金属微粒子を基板上に立体的に配置・接合する粒金技法を明らかにするため、金工作家と材料科学者と連携した学際的な研究を進めた。芸術学的視点研究では、銀線(直径0.8mm)を7mmに切断した切片をカーボンブロック上で溶解し、銀粒を制作した。銀の組成を変えた(純銀,Ag-2Cu ,Ag-5Cu)ついて、SEM,目視観察等行った結果、純度が高いほど真球性に優れ、表面粗さも滑らかで美しかった。そこで、純銀粒を使用して、基板にはジュエリー制作に適したAg-5Cu、接合ペーストを用いて、接合実験を行った。基板上に銀粒を5個一列に配置・接合する試料では、目視観察では濡れ性等の接合状態は良好であり、X線CT観察でも接合部での欠陥はみられなかった。銀粒を直線上に配置して接合する技術の確立ができ、銀粒と金粒を直線上に配置装飾した指輪の試作もできた。材料学的視点研究では、ペーストろう成分の粒金接合に及ぼす影響を調査した。先に記した同一の接合ペースト(トラガカントゴム1:蒸留水30:ボラックス水10: Cu2CO3(OH)2粉末4の質量比率の組成)と試作ペースト(CuO粉末とCu2O粉末,ポリビニルアルコール(PVA)と木炭粉末)を用いて比較検討を行った。なお、先の実験と銀粒、銀板を同一であり、接合試料は木炭と共に電気炉加熱した。試作ペーストでは、木炭粒の形状の不均一性のため接合性不安定であるが、800°Cで接合を確認できた。接合ペーストを銀粒に塗布した試料を質量示熱分析した結果、100°C近傍での質量減少はペースト中の水分の蒸発、620 °Cでの質量減少は銅化合物の還元反応と考えられた。これは木炭がトラガカントゴムと同様に還元作用を示したものと推定される。SEM観察の結果、接合強度向上に関しては木炭粒の大きさの最適化が必要であると考えられる。芸術学的視点研究では、26年度に純銀粒を使用して、基板にはジュエリー制作に適したAg-5Cu、接合ペーストを用いて接合実験を行った。27年度は純金粒を用いて純金基板上に金粒3個一列に配置して接合実験を行った。目視観察では純銀同様に濡れ性等の接合状態は良好であり、X線CT観察でも接合部での欠陥はみられなかった。また、純金を用いた接合試料の破断強度をボールシェアテストで計測した結果、基板が破断するほど強固な接合強度であると確認できた。しかし、三分ロウ(77Ag-23Cu)接合までの強度ではなかった。純銀粒や純金粒を直線上に配置してガスバーナーで接合する技術の確立ができたが、まだ施工の過程で塗布するペースト量の違いで接合強度にばらつきがあることもわかった。材料学的視点研究では、26年度に引き続き接合ペーストについて検討を行った。前年度は木炭の粒度の最適化が課題となったが27年度はむしろ還元剤としての木炭粉の要素を除いてペーストを作製した。トラガカントゴム:炭酸銅粉末:ボラックス水:蒸留水=1 : 4 : 10 : 30重量比で混合し、炭酸銅粉末粒度による差異を検討した。ペーストと母材である純銀粉を1 : 1で混合した場合、大きな差異は確認できなかったが、X線回折及び質量・示差熱同時分析により、640KでCu2(OH)2からCuOへの酸化反応、880KでトラガカントゴムによるCuOからCuへの還元反応、そして1000K付近でのAgとCuの合金化と思われる反応を確認できた。合金化反応はAgの融点より200K程低温である。しかしながら熱処理後の試料ではCuの回折ピークは確認されなかった。これは大気中熱処理によりCuの再酸化によるCuO形成と考えられる。金属微粒子を基板上に立体的に配置・接合する粒金技法を明らかにするため、金工作家と材料科学者と連携して学際的な研究を進めた結果、おおむね順調に進展している。芸術学的視点研究では、微細な粒を制作する方法を検討し、カーボンブロック上で溶解し表面張力を利用した作成法では、銀粒、金粒の質量、直径、形状の安定性が高く、粒の作成法は確立できた。現在粒金作家で使用されている、ペーストろうを使用して、粒を一列に板上に配置して接合する技法は確立できた。

粒を直線上に配置して接合する技術の確立ができ、銀粒と金粒を配置装飾したジュエリーの試作ができた。しかし、ボールシェアテストでその接合強度にばらつきがあることもわかった。26年度にデジタルマイクロスコープで外観観察したMIHO MUSEUM収蔵の粒金作品では、ろう接部の形状(フィレット)が非常に美しかった。27年度は、外観観察だけでなく粒金接合部の組成分析を行い、接合に使用するろうペースト等を検討する必要があると考えた。そこで粒金試料と分析機器を併せ持つ韓国で金製耳飾りの調査を行った。金製耳飾りの接合破断部をEDS分析した結果、韓国出土粒金作品は銅化合物を用いた接合法と考えられていたがAuー高Agろう付け法とわかった。また復元制作も踏まえて、採寸と外観観察も行い、それを元にレプリカ制作を行った。再現制作することにより立体的な接合と組立の手順の検討も行った。材料学的視点研究では、接合ペーストに関するいくつかの要点が明らかとなってきた。即ち還元剤として木炭粉を用いた場合、その粒度制御が困難で未反応炭素が残存する事。また木炭粉を除くと合金化は進行するものの大気中熱処理では再酸化は生じてしまい、いずれの場合も強い接合強度とはなりにくい。従ってペースト自体の還元作用だけではなく熱処理雰囲気で酸化防止策をとる必要があることが分かった。粒金の接合過程を明らかにするため、前年に続いて銀粒、金粒を銅化合物のろう材を用い接合実験を行った。ガスバーナーを用いた銀粒(Ag)金粒(Au)の接合実験では、接合部をX線透過写真で観察した結果、接合は良好であった。また、ボールシェアテストによる接合強度の調査では、金粒と金板を銅化合物ろう材で接合した試料は、金粒と金板を三分ろう(77%Ag含有)で接合した場合と同等の54Nで強い接合強度であることが明らかになった。また、銅化合物ろう材のペーストを添加する量によって強度が異なり、ペースト量が少ないと接合面積が小さく美観は良いが強度は11Nで弱いことも確認できた。この実験でAgの接合強度はAuの接合強度より弱い結果となり、その要因はAgの加熱による脆化のためであることが、電気炉による銀の加熱実験で明らかになった。H27年度に韓国の慶北大学校で非破壊装置(SEMーEDX)を使用して出土粒金作品の粒金破断部の組成分析を行った結果、接合部にAg濃度の高いAg-Au合金を確認した。その結果から、H28年度は、金粒と金板を純銀で接合する実験を行い、接合強度を測るボールシェアテストでも良好な結果が得られた。しかし、接合部の色味が金色ではなく銀色なため、20金や18金などの金合金での接合が望ましいのではないかと考える。また、ガスバーナーでの粒金接合は難しく初心者では接合が難しい現状を改善するため、電気炉による簡便な粒金接合法の確立に向けて、H28年度は、電気炉中の加熱雰囲気の影響を検討した。大気中、木炭雰囲気中、黒鉛雰囲気中の条件下で銀粒と銀板の接合実験を行った。銅化合物ろう材の木炭雰囲気中、共晶点以上850°Cの熱処理後のX線回折でCuおよびAgのピークを確認した。同雰囲気中では、一旦Cu-Ag液体合金状態となり、温度降下に伴いCuおよびAgの固溶体が形成され、Ag融点以下での接合が可能となったものと考えられる。芸術学的視点と材料学的視点で研究を進め、文献調査では粒金接合部についての検討と古代粒金の接合法を調べた。MIHOMUSEUMでは粒金作品の金帯や金の帯鈎の金粒接合部をデジタル顕微鏡で実地調査をおこなった。韓国では出土品の金製耳飾を非破壊機器を用いて分析調査をおこなった。
天然記念物保護から自然保護へ──日独における自然保護法発展過程の比較研究

平成30年度には二本の研究論文を公表した(「10.研究発表」欄を参照)。ともに天然記念物制度の成立と発展の経緯を扱うものであり、これが最初の構想時に何を問題とし何を目指すものであったのか、その構想がどのように実現し・あるいは実現しなかったのか、これが戦前の代表的な自然保護法であった国立公園制度の性格にどのような影響を与えたか、等を論じた。またこれらの経緯とドイツにおける自然保護法の発展経緯(郷土保護運動から帝国自然保護法にいたる経緯)との比較も試みた。従来から天然記念物制度は「点」を保護する制度として、あるいは自然の利用を考えない硬直した保護主義を採用するものとして各方面から批判されてきた。上の二本の論文は、これらの批判が史実を過度に単純化したものであることを示した。実際には、1・天然記念物制度の主唱者は自然の面的保護を最優先課題とみなしていた。2・天然記念物制度の主唱者は、厳格に保護すべき自然と観光利用に供される自然とを線引きするゾーニング制度を提唱していた。3・面的保護の主張は当時の生態学的知見に基づいており、彼らは「単木」の保護をもって満足していたわけではなかった。4・国立公園法は天然記念物制度、特に天然保護区域の制度を前提にして成立しており、これに自然の厳格な保護をゆだねる建前を採用したがゆえに、「利用」に特化することができた。5・ナショナリズム的な基礎づけは制度の成立にとって必要であったが、天然記念物制度の主唱者は自然科学的基礎づけを重要視していた、等々の諸点を論じた。これらの経緯は、現在の自然保護法の性質をも規定している。さらにドイツにおける制度の発展との比較から多くの知見を導き出したが、字数の制限によりここで記すことは断念する。研究計画調書において、研究計画をIVの五段階で示しておいたが、平成30年度までの研究でII(日本における天然記念物制度の発展経緯)とIV(国立公園制度の性質をめぐる論争について、天然記念物の主唱者を軸に分析する)を終えることができた。これらはそれぞれに一年を費やす計画であったので、採択後二年を経過した段階では順調に研究が進捗していることとなる。研究計画調書に記載したIVの五段階の研究のうち、IとIII(ドイツにおける天然記念物制度の成立・発展と、これに対する郷土保護運動からの批判)を進めなければならない。しかし特に後者のテーマを扱う際にはナチズムとの関係を深く考察せねばならず、そのために、特にナチズム期における自然保護の基礎づけについて考察する必要性を感じている。これは当初の研究計画調書には記載しなかったテーマであるが、内容的に深くかかわるため、計画を大きく逸脱することにはならないと考える。また現段階では台南で秋に開催される東アジア環境史学会での成果の公表も課題として考えており、いずれが優先するべきかについて、本報告書執筆の段階では確信が持てていない。いずれにせよ周囲の状況等も考慮しつつ、誠実に採択課題にかかわる研究を遂行する。申請時の研究計画では、平成29年度はドイツにおける天然記念物保護制度の成立・発展過程を分析する予定であった。しかし諸般の事情により計画を変更し、平成30年度に予定していた日本における天然紀念物保護制度の成立・発展過程を先に分析した。研究は順調に進んだ。当初このテーマで一本の論文を執筆する予定であったが、想定以上に内容が膨らんだため、これを二本の論文に分割した。その両方とも現在執筆の最終段階にあり、今年度中(平成30年度中)に提出・公表することができるものと思っている。そのうちの一つは戦前の天然記念物保護制度を詳細に論じ、かつこれと制度の創始者・三好学の当初の構想との異同、国立公園制度との関係についての当時の理解などを体系的に扱い、天然記念物保護制度を日本の近代的自然保護の端緒として位置付けるものである。二つ目の論文は、天然記念物保護制度の主唱者が行った保護の意義付けを詳細に分析したものである。国民統合の手段としての意義付け、学術的価値という意義付けは従来から漠然と指摘されていたが、これらを詳細に分析し(たとえば「学術的価値」といったとき、これと当時の「生態学」との関係がこれまで論じられたことがないのは不思議なことである)、さらにそれらの関係について当事者が有していた違和感などまで、踏み込んで分析した。かつ、この論点に回収されない環境意識の萌芽が豊富に表れていたことまでを論じている。これら二つは、日本の天然記念物保護制度を正面から・体系的に扱った(おそらく)はじめての研究であり、従来からのこの制度の理解を若干変更するものになると考えている。当初の目標であった一本の論文の執筆はできなかったが、「研究実績の概要」で述べたように、二本の論文の執筆が最終段階にある。またこれらの論文は、当該年度の研究目的「日本における天然記念物保護制度の成立と発展の過程、特に保護の根拠づけ」の解明のみでなく、研究最終年度に予定していた「日本において国立公園制度の本質をめぐって行われた論争の分析」をも、ほぼ網羅するものとなった。以上より「計画以上に進展している」と評価して問題ないものと考えている。

またこれらの経緯とドイツにおける自然保護法の発展経緯(郷土保護運動から帝国自然保護法にいたる経緯)との比較も試みた。従来から天然記念物制度は「点」を保護する制度として、あるいは自然の利用を考えない硬直した保護主義を採用するものとして各方面から批判されてきた。上の二本の論文は、これらの批判が史実を過度に単純化したものであることを示した。実際には、1・天然記念物制度の主唱者は自然の面的保護を最優先課題とみなしていた。2・天然記念物制度の主唱者は、厳格に保護すべき自然と観光利用に供される自然とを線引きするゾーニング制度を提唱していた。3・面的保護の主張は当時の生態学的知見に基づいており、彼らは「単木」の保護をもって満足していたわけではなかった。4・国立公園法は天然記念物制度、特に天然保護区域の制度を前提にして成立しており、これに自然の厳格な保護をゆだねる建前を採用したがゆえに、「利用」に特化することができた。5・ナショナリズム的な基礎づけは制度の成立にとって必要であったが、天然記念物制度の主唱者は自然科学的基礎づけを重要視していた、等々の諸点を論じた。これらの経緯は、現在の自然保護法の性質をも規定している。さらにドイツにおける制度の発展との比較から多くの知見を導き出したが、字数の制限によりここで記すことは断念する。研究計画調書において、研究計画をIVの五段階で示しておいたが、平成30年度までの研究でII(日本における天然記念物制度の発展経緯)とIV(国立公園制度の性質をめぐる論争について、天然記念物の主唱者を軸に分析する)を終えることができた。これらはそれぞれに一年を費やす計画であったので、採択後二年を経過した段階では順調に研究が進捗していることとなる。まず上述した二本の論文を完成を急ぐ。夏までに完成するものと想定している。その後ドイツの天然紀念物保護制度についての研究に移る。研究が想定以上に進んでいるため、従来から検討しながらまだ業績の形をとっていない、ナチス期の自然保護における「意義づけ」の検討を同時並行で進めることも考えている。いずれにせよ、これらドイツについての研究を進めるため、平成30年度は少なくとも夏季に一回、可能であれば平成31年3月ごろにも一回、ドイツへ資料収集に赴きたい。ただし、それ以前でも、当座検討すべき資料はこれまでの研究で蓄積している。ドイツについての論文も、少なくとも一本を平成30年度中に完成できればと考えている。研究計画調書に記載したIVの五段階の研究のうち、IとIII(ドイツにおける天然記念物制度の成立・発展と、これに対する郷土保護運動からの批判)を進めなければならない。しかし特に後者のテーマを扱う際にはナチズムとの関係を深く考察せねばならず、そのために、特にナチズム期における自然保護の基礎づけについて考察する必要性を感じている。これは当初の研究計画調書には記載しなかったテーマであるが、内容的に深くかかわるため、計画を大きく逸脱することにはならないと考える。また現段階では台南で秋に開催される東アジア環境史学会での成果の公表も課題として考えており、いずれが優先するべきかについて、本報告書執筆の段階では確信が持てていない。
エビデンスに基づく介護政策の実証分析

近年、わが国の公的介護費用は劇的に増加し、過去5年の伸び率は26%と、国民医療費のそれ(13%)を大きく上回り、2025年には約20兆円に達するとされる。本研究では、効率的な介護提供体制の実現に向けて、二つの実証研究に取り組む。第一に、介護予防サービスの費用と効果を定量的に分析する。介護予防サービスは、高齢者が介護を必要とせず自立した生活を送れるよう、早期の予防策を打つことを目的とするが、その費用対効果は明らかではない。第二に、わが国では、同一事業者がケアマネジメントと介護サービスを実施することができるが、これらの垂直統合が介護費用と介護のアウトカムに及ぼす影響を分析する。本年度は、まず、実証分析に必要となるデータの取得並びにデータ構築に着手した。介護予防サービスの費用と効果の検証を行う際に特に重要なデータとしては、介護レセプトデータと要介護認定の情報があげられる。これらについて、自治体Aよりデータの提供を受け、分析に利用できるようにデータ構築を行った。次に、予備的な分析として、要介護度、介護費用、介護のアウトカム等の関係を記述統計として整理した。更に、基礎的な計量モデルの推計を行った。具体的には、要介護認定の閾値を用い、閾値のわずか前と後では利用者の介護必要度には大きな違いがないが、実際の介護サービスの利用には影響が出うることを利用した分析を行った。具体的には、要介護度が閾値より若干高く判定された利用者と、低く判定された利用者を比較し、追加的介護費用がどの程度生じるか、また、介護のアウトカムに差異が生じるかについて分析した。今後も効率的な介護提供体制の実現に向けた実証研究に取り組む。第二に、ケアマネジメントと介護サービスの垂直統合が介護費用と介護のアウトカムに及ぼす影響を分析する。第三に、近年、介護ロボットの利活用に向けて、国や地方自治体による介護ロボットの導入支援がなされていることを受けて、介護ロボットが介護の労働生産性に及ぼす影響を分析する。

具体的には、要介護度が閾値より若干高く判定された利用者と、低く判定された利用者を比較し、追加的介護費用がどの程度生じるか、また、介護のアウトカムに差異が生じるかについて分析した。今後も効率的な介護提供体制の実現に向けた実証研究に取り組む。第一に、介護予防サービスの費用と効果を定量的に分析する。第二に、ケアマネジメントと介護サービスの垂直統合が介護費用と介護のアウトカムに及ぼす影響を分析する。第三に、近年、介護ロボットの利活用に向けて、国や地方自治体による介護ロボットの導入支援がなされていることを受けて、介護ロボットが介護の労働生産性に及ぼす影響を分析する。
不死化細胞を用いた精巣機能の再構築と内分泌攪乱物質の毒性メカニズムの解析

温度感受性SV40大型T抗原遺伝子導入トランスジェニックマウス由来のセルトリやライディッヒ細胞の樹立と性質解明を行なった.また,樹立細胞を用いて内分泌攪乱物質(ビスフェノールA)に反応する遺伝子を明らかにした.1.細胞株樹立と機能解析温度感受性SV40大型T抗原遺伝子導入トランスジェニックマウスからセルトリ(TTE3)およびライディッヒ(TTE1)細胞株の樹立に成功した,両細胞は,T抗原に依存した温度感受性増殖を示した,TTE3細胞は,細胞特異的なマーカーであるFSH受容体,SGP-2のmRNAを発現し,細胞間にはタイトジャンクションの構成タンパク質ZO-1を発現した.TTE1細胞は,ステロイド合成酵素のmRNAを発現し,アルカリホスファターゼ活性を有した.これら細胞は,細胞特異的な機能を有しているので精巣細胞モデルとして有用であることが明らかとなったT細胞の分化・増殖停止に関連する遺伝子群をDNAマイクロアレイを用いて解析した.TTE3の細胞増殖停止時には約30個の遺伝子発現が変動した.p21wafl/cip1の遺伝子の上昇は定量的RT-PCRで確認できた.また,TTE1細胞の分化に関連して約30個の遺伝子の変動を明かにした.変動した遺伝子の中にはガラニン受容体や亜鉛輸送体が存在した.2.内分泌攪刮物質の作用の検討TTE3細胞において高濃度200μMのビスフェノールAは濃度依存的に細胞死を誘導した.マイクロアレイを用いてこの条件で変化する遺伝子を調べた結果,15個の遺伝子が変動することが明らかとなった.それらの遺伝子の中でiNOS, chop-10遺伝子が増加し,estrogen受容体1が減少することを定量的RT-PCRで確認した.温度感受性SV40大型T抗原遺伝子導入トランスジェニックマウス由来のセルトリやライディッヒ細胞の樹立と性質解明を行なった.また,樹立細胞を用いて内分泌攪乱物質(ビスフェノールA)に反応する遺伝子を明らかにした.1.細胞株樹立と機能解析温度感受性SV40大型T抗原遺伝子導入トランスジェニックマウスからセルトリ(TTE3)およびライディッヒ(TTE1)細胞株の樹立に成功した,両細胞は,T抗原に依存した温度感受性増殖を示した,TTE3細胞は,細胞特異的なマーカーであるFSH受容体,SGP-2のmRNAを発現し,細胞間にはタイトジャンクションの構成タンパク質ZO-1を発現した.TTE1細胞は,ステロイド合成酵素のmRNAを発現し,アルカリホスファターゼ活性を有した.これら細胞は,細胞特異的な機能を有しているので精巣細胞モデルとして有用であることが明らかとなったT細胞の分化・増殖停止に関連する遺伝子群をDNAマイクロアレイを用いて解析した.TTE3の細胞増殖停止時には約30個の遺伝子発現が変動した.p21wafl/cip1の遺伝子の上昇は定量的RT-PCRで確認できた.また,TTE1細胞の分化に関連して約30個の遺伝子の変動を明かにした.変動した遺伝子の中にはガラニン受容体や亜鉛輸送体が存在した.2.内分泌攪刮物質の作用の検討TTE3細胞において高濃度200μMのビスフェノールAは濃度依存的に細胞死を誘導した.マイクロアレイを用いてこの条件で変化する遺伝子を調べた結果,15個の遺伝子が変動することが明らかとなった.それらの遺伝子の中でiNOS, chop-10遺伝子が増加し,estrogen受容体1が減少することを定量的RT-PCRで確認した.
余次元が2である分岐点の近傍における解構造の数理解析

研究分担者の長山雅晴を中心にした研究によって,2重分岐点の近傍における解構造を調べる分岐構造解析プログラムを作成した.このプログラムは単安定系と呼ばれる反応拡散方程式系のパルス解の分岐現象を対象とし,2つの機能,すなわち,分岐点からの分岐の枝を発見・構成する機能と分岐の枝を延長する機能を兼ね備えたものである.空間を十分に広く取って周期境界条件の下で問題を扱う.進行パルス解を扱う際に必要な伝播速度Cを決定する方程式はフェーズ・コンディションから与え,方程式系に含まれるパラメータλへの依存性は擬似弧度法(Kellerの方法)で表現する.本プログラムでは,こうして定式化された問題をニュートン法によって解き解{元来の未知変数,C,λ}を求める.なお,定常パルス解から進行パルス解への分岐の場合に現れる2つの零固有値のうちの1つは平行移動に対応する自明な固有値であるが,本研究で開発したプログラムは自明なもの以外の零固有値が2つ現れる状況にも対応できる.また,研究分担者の西田孝明らは,自然界によく現れるものの限定された問題のみが解明されているに過ぎなかった斜面上を流れる自由表面を持つ流体運動を考察し、定式化された準線形方程式系を解析しHopf分岐が起こっていること,すなわち,周期解が存在することを証明した.燃焼方程式系に冷却効果と原料供給項を付加したシステムに関しては,燃焼パルス解の存在が数値シミュレーションよって示唆されていることを背景に,定常燃焼パルス解および進行燃焼パルス解の存在とパラメータ依存性の数理解析的な検討を区分的に定数である反応項を与えることによって進めた.さらに,逆方向に走る2つの燃焼パルス解の衝突した際に現れるダイナミクスの分類・整理を進めた.研究分担者の長山雅晴を中心にした研究によって,2重分岐点の近傍における解構造を調べる分岐構造解析プログラムを作成した.このプログラムは単安定系と呼ばれる反応拡散方程式系のパルス解の分岐現象を対象とし,2つの機能,すなわち,分岐点からの分岐の枝を発見・構成する機能と分岐の枝を延長する機能を兼ね備えたものである.空間を十分に広く取って周期境界条件の下で問題を扱う.進行パルス解を扱う際に必要な伝播速度Cを決定する方程式はフェーズ・コンディションから与え,方程式系に含まれるパラメータλへの依存性は擬似弧度法(Kellerの方法)で表現する.本プログラムでは,こうして定式化された問題をニュートン法によって解き解{元来の未知変数,C,λ}を求める.なお,定常パルス解から進行パルス解への分岐の場合に現れる2つの零固有値のうちの1つは平行移動に対応する自明な固有値であるが,本研究で開発したプログラムは自明なもの以外の零固有値が2つ現れる状況にも対応できる.また,研究分担者の西田孝明らは,自然界によく現れるものの限定された問題のみが解明されているに過ぎなかった斜面上を流れる自由表面を持つ流体運動を考察し、定式化された準線形方程式系を解析しHopf分岐が起こっていること,すなわち,周期解が存在することを証明した.燃焼方程式系に冷却効果と原料供給項を付加したシステムに関しては,燃焼パルス解の存在が数値シミュレーションよって示唆されていることを背景に,定常燃焼パルス解および進行燃焼パルス解の存在とパラメータ依存性の数理解析的な検討を区分的に定数である反応項を与えることによって進めた.さらに,逆方向に走る2つの燃焼パルス解の衝突した際に現れるダイナミクスの分類・整理を進めた.平成15年度は,斉次ノイマン境界条件が課された,1次元有限区間上の双安定反応拡散系に現れる余次元が2である分岐点の近傍における解構造の研究を実施した(0<ε≪1).ここに,であり,εは十分に小さな正の定数である.2個の内部遷移層を持つ解が現れるこの方程式系には2つのパラメータd∈(-1,1)とτ>0がある.dは内部遷移層間の幅をコントロールし,τは緩和時間比を表す.τが大きい時は静止内部遷移層解が安定であるが,τの値を小さくするとさまざまな内部遷移層解が現れる.さらに,余次元が2である分岐点の一種である2重ホップ分岐点を与えるパラメータ{d,τ}の組が加算無限個存在することが知られている.そのうちの1組だけについてd〓-1であり,他のすべてについてd〓1である.本研究では,このような2重ホップ分岐点の周辺における解構造を,ε→0の極限で得られる特異極限系などを用いて研究した.その結果,d〓1である分岐点の近傍では,周期倍分岐現象が次々と現れ,さらに,カオス的な振る舞いが改めて観測されるなど,数理的な解析の困難さが示唆された.一方,d〓1である分岐点の近くでは対称振動と反対称振動の一次結合が現れるようであり,これを当面の解析対象として採用し,分岐構造解析プログラムの作成に着手した.前年度に引き続き,斉次ノイマン境界条件が課された,空間1次元有限区間上の双安定反応拡散系に現れる余次元が2である分岐点の近傍における解構造の研究を実施した.2個の内部遷移層を持つ解が現れるこの方程式系には2つのパラメータd(-1<d<1)とτ(τ>0)がある.dは内部遷移層間の幅をコントロールし,τは緩和時間比を表す.τが大きい時は静止内部遷移層解が安定であるが,τの値を小さくするとさまざまな内部遷移層解が現れる.さらに,余次元が2である分岐点の一種である2重ホップ分岐点を与えるパラメータ{d,τ}の組が加算無限個存在することが知られている.そのうちの1組だけについてd〓-1であり,他のすべてについてd〓1である.

その内本年度はd〓1である分岐点の近傍での解構造を数値計算,数理解析,分岐構造解析によって調べたが,際立った結果は現時点では得られていない.熱対流問題について,我々の数値シュミレーション結果に注目した大阪大学大学院基礎工学研究科のグループによって大きな進展が得られた.すなわち,正六角形パターンやロールパターンが同時に分岐する状況下で3次までの標準形を求め,正六角形パターンは不安定であるものの対応する固有値の絶対値が非常に小さいことなどを明らかにした.こういった状況を鑑み,熱対流問題にかける重みを減じ,代わりに,燃焼波が現れる燃焼法方程式系に冷却効果と原料供給項を付加したシステムを扱うことにした.その結果,新しい方程式が適切なパラメータに対して燃焼パルス解を持つこと,さらには,この方程式を円周上で考え逆方向に進む燃焼パルスを衝突させると,今まで観測されなかったようなパルスダイナミクスが現れることがわかった.研究分担者の長山雅晴を中心にした研究によって,2重分岐点の近傍における解構造を調べる分岐構造解析プログラムを作成した.このプログラムは単安定系と呼ばれる反応拡散方程式系のパルス解の分岐現象を対象とし,2つの機能,すなわち,分岐点からの分岐の枝を発見・構成する機能と分岐の枝を延長する機能を兼ね備えたものである.空間を十分に広く取って周期境界条件の下で問題を扱う.進行パルス解を扱う際に必要な伝播速度cを決定する方程式はフェーズ・コンディションから与え,方程式系に含まれるパラメータλへの依存性は擬似弧度法(Kellerの方法)で表現する.本プログラムでは,こうして定式化された問題をニュートン法によって解き解{元来の未知変数,c,λ}を求める.なお,定常パルス解から進行パルス解への分岐の場合に現れる2つの零固有値のうちの1つは平行移動に対応する自明な固有値であるが,本研究で開発したプログラムは自明なもの以外の零固有値が2つ現れる状況にも対応できる.また,研究分担者の西田孝明らは,自然界によく現れるものの限定された問題のみが解明されているに過ぎなかった斜面上を流れる自由表面を持つ流体運動を考察し、定式化された準線形方程式系を解析しHopf分岐が起こっていること,すなわち,周期解が存在することを証明した.燃焼方程式系に冷却効果と原料供給項を付加したシステムに関しては,燃焼パルス解の存在が数値シミュレーションよって示唆されていることを背景に,定常燃焼パルス解および進行燃焼パルス解の存在とパラメータ依存性の数理解析的な検討を区分的に定数である反応項を与えることによって進めた.さらに,逆方向に走る2つの燃焼パルス解の衝突した際に現れるダイナミクスの分類・整理を進めた.
高速共焦点マイクロ流動計測法を用いた血管内皮細胞分泌物の輸送現象の解明

血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクスと呼ばれる数百nmの厚みの細胞外高分子物質の機能の解明のため、高時空間分可能を持つ流れ場計測法を開発し、グリコカリックス層近傍の3次元速度分布を計測した。細胞に粒子が付着する問題を解決するために粒径100 nmの微小な有機シリカ粒子にポリエチレングリコールコーディングを施した。また、超解像度顕微鏡を用いて、グリコカリックスの位置と形状を80nmの空間分解能で計測した。血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクスの機能の解明のため、以下の研究を行った。○高速共焦点顕微鏡を用いた高時空間分解のマイクロLIF法の開発共同利用装置である高速共焦点顕微鏡の光学系および蛍光染料やスキャン間隔などの最適化を行い細胞分泌物質の濃度分布の可視化計測法を開発した。マイクロ流路内で培養した血管内皮細胞内に流入するCa2+を細胞膜近傍の濃度分布から推定するために、細胞の蛍光染色方法や計測装置の光学系の最適化をはかった。○高速共焦点マイクロPIV法の高度化血管内皮細胞近傍の速度場計測のため、共同利用装置である高速共焦点スキャナ、高感度高速度カメラからなる高速共焦点マイクロPIV法の改良を行った。高NAの水浸対物レンズおよび粒径100nmの蛍光粒子を用いて被写界深度を0.5μm程度になり、空間解像度と計測精度が向上した。特に、細胞への粒子の付着を避けるため、粒子へのPEG修飾を検討した。対物レンズに取り付けたピエゾアクチュエータを走査させ、細胞表面近傍の3次元空間の速度分布を求めた。○グリコカリックスの位置・厚さの計測法の開発血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクスの機能の解明のため、超解像度顕微鏡を用いて血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクス層の位置と厚さの計測法を開発した。グリコカリックスを構成する糖鎖と選択的に結合する蛍光染料を用いて、グリコカリックスを染色し、超解像度顕微鏡の励起光強度やSTED光強度、走査間隔などの計測条件の最適化を図り、光学的な限界以下の空間分解能である80nm程度の空間解像度で計測することに成功した。マイクロ加工装置を用いて作成したPDMS製マイクロ流路内で培養したヒト臍帯静脈内皮細胞のグリコカリックスの厚さは、24時間培養後に1.27μm程度であることが計測された。○グリコカリックス層極近傍の速度分布の計測開発したグリコカリックスの位置・厚さの計測法および高速共焦点マイクロPIV法を用いて、幅400μm、高さ100μmのマイクロ流路底部に培養したヒト臍帯静脈内皮細胞のグリコカリックスの極近傍の3次元速度分布を計測した。速度計測の空間分解能と計測精度を向上させるため、細胞への粒子の付着を避けるためポリエチレングリコール(PEG)修飾した粒子径100nmの蛍光有機シリカ粒子を用いた。速度分布の分解能が、250nmを達成した。得られた速度分布は、層流の理論解からのずれが見られ、グリコカリックスによる流れ場への影響を捉えることができた。○グリコカリックス層極近傍の物質の濃度分布計測(杉井、菱田、茂木、大学院生1名)血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクスと呼ばれる数百nmの厚みの層の分子フィルタとしての機能を明らかにするために,超解像度LIF(レーザ誘起蛍光:Laser Induced Fluorescence)法を用いた内皮細胞表面近傍の物質濃度分布計測法を開発した.得られた手法は,光学的な限界以下の空間分解能と高い時間分解能を有しており,濃度分布の空間解像度が37.9×37.9nmと,非常に高い空間解像度を実現した.超解像度LIF法の高い空間解像度を有効に利用するため,血管内皮細胞の側面培養法を検討した.酸素プラズマの照射によるPDMS製流路表面の親水化と細胞外マトリクスによる修飾によって,流路側面での細胞培養が可能となり,1.0 Paの壁面せん断応力に耐えうる高い接着性を実現した.陰イオン性高分子である蛍光デキストランの細胞表面近傍での濃度分布の計測を行い,細胞表面近傍における物質輸送の拡散を調べた.同じ細胞のグリコカリックスの位置と厚さを計測し,グリコカリックスによる物質輸送への影響を明らかにし,グリコカリックスの外側の数μmの範囲までおよぶことが示唆された.○まとめと評価(杉井、菱田、茂木)本研究で得られた実験結果のデータベース化を行い,細胞分泌物や血漿中の高分子のグリコカリックス層極近傍における輸送現象に関する知見を学会発表や論文などで公開をした.血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクスと呼ばれる数百nmの厚みの細胞外高分子物質の機能の解明のため、高時空間分可能を持つ流れ場計測法を開発し、グリコカリックス層近傍の3次元速度分布を計測した。超解像度顕微鏡を用いたグリコカリックスの位置・厚さの計測法の開発に成功し、光学的な限界以下の空間分解能である80nm程度の空間解像度を達成し、グリコカリックス極近傍の速度分布計測を行い、得られた速度分布は、層流の理論解からのずれが見られ、グリコカリックスによる流れ場への影響を捉えることができており、計画通り順調に進んでいる。

27年度が最終年度であるため、記入しない。流体工学今後、開発したグリコカリックスの位置・厚さの計測法および高速共焦点マイクロPIV法を用いて、グリコカリックス近傍の速度場を詳細に調べる。特に、グリコカリックスの厚さと速度場との関係を調べる。さらに、細胞に付加するせん断の応力の変化や、薬剤の投与や酵素によるグリコカッリクスの除去の影響を調べる。高速共焦点顕微鏡を用いた高時空間分解のマイクロLIF法の開発し、血管内皮細胞内のCa2+の濃度分布、および血管内皮細胞表面を覆っているグリコカッリクス近傍の速度分布計測法が開発できており、計画通り順調に進んでいる。次年度使用額は33万ほどであり、これが生じた理由は計画していた海外で開催される研究集会の参加旅費が、格安航空券などを利用したため、少なくなったためである。今後、グリコカリックスの位置・厚さの計測法を開発し、グリコカッリクス近傍の速度分布と分細胞分泌物との関係を調べていく。マイクロ流路の作成のための装置利用料や細胞培養、実験のための消耗品、研究集会での発表のための旅費に使用する計画である。次年度使用額は97万ほどであり、これが生じた理由は、当初の計画では旅費を160万計上していたが、計画していた海外で開催される研究集会への参加を取りやめたため、旅費および研究集会の参加登録料が不要になった。さらに、共同利用装置の利用を効率的に行うことができたため、装置利用料が計画より少なく済んだためである。マイクロ流路の作成や細胞の培養ための消耗品および装置利用料や研究集会での発表のための旅費に使用する計画である。
有機金属分子の分子認識機能

特異な機能を有する新規有機金属化合物の創生と、有機金属錯体の示す分子識別機能の原理解明を目指して研究を行った。主な成果は以下のとおりである。特異な立置および立体選択性を有するチロシン水酸化酵素およびドーパミンβ-水酸化酵素の機能を再現するモデルを合成し、反応機構の照明に成功した。また、マンガンに酸素分子が配位した新規錯体を合成し、配位酸素がサーモクロミズムを示し、この原因が低温では配位子の水素が配位酸素分子と水素結合をつくることにあることを解明した。これは生体系でモノオキシゲナーゼが示す還元的な酸素分子の活性化の中間体に相当する錯体のはじめての合成例である(諸岡)。光学活性をもつ有機リチウム錯体を用いてメタクリル酸誘導体の重合を行い、一方向巻の螺旋構造を有するポリマーの合成に成功し、このポリマーが高い不斉識別能を有することを見出した(岡本)。多くの新規η^3-アリルパラジウム錯体を合成し、その配位構造の選択性と反応性を決定した(黒沢)。二重架橋ポルフィリン亜鉛錯体がアミノ酸を不斉識別し、その原理がポルフィリン骨格上のアミド側鎖の多点水素結合によるものであることを明らかにした(黒田)。構造制御したリピドポルフイリン錯体を合成し、それが集合組織を形成することを確かめ、その微細構造と錯体部子過程の相関、分子雰囲気に影響を受ける酸素配位平衡、配位酸素の電荷分極構造等を明らかにした(土田)。微量のコバルトの検出に有用な新規コバルト錯体を合成し、その検出システムについて検討した(四ッ柳)。有機金属錯体の示す分子認識別機能の原理解明と、特異な機能を有する新規有機金属化合物の創生を目指して研究を行った。特異な立置および立体選択性を有するチロシン水酸化酵素およびドーパミンβ-水酸化酵素の機能を再現するモデル錯体を合成し、反応機構の解明に成功した。またCOの接触水素還元の中間体と見なせるC_2配位子を含む金属クラスターを多数合成し、その反応性を検討することにより、反応の選択性の要因の解明を試みた。(諸岡)光学活性を有機リチウム錯体を用いてメタクリル酸誘導体の重合を行い、一方向巻のらせん構造をもつ光学活性分子を不斉合成することに成功した。さらにこの高分子が高い不斉識別能を有することを見い出した。(岡本)一連のビスオキサゾリンを配位子をする1位置換π-アリルパラジウム錯体を合成し、その配位構造の選択性を決定した。また不斉ホスフィン-ルテニウムカチオン錯体に対するオレフィンの配位の選択性とその要因を検討した。(黒沢)ロジウム(III)ポリフィリン錯体とヌクレオチドの相互作用の定量的測定を行い、平衡定数を測定し、錯体の構造と錯体のヌクレオチドの識別との関係を明らかにした。(黒田)リピドポルフィリンが自発的に組織形成して得られる集合形態と錯体部電子過程の相関、分子雰囲気に影響を受ける酸素配位平衡、配位酸素の電荷分極構造等を明らかにした。(土田)金属ジチオレン錯体を対象に、溶媒による中心金属の分子識別機能が大きく変化することを見い出し、その要因を検討した。(四ツ柳)sp^3混成軌道を有する炭素を中心とし、その4つの結合手がすべて金属と結びついたこれまでに全く報告例のない新規カ-バイド錯体を創成した。いわば金属クラスターの中に孤立して取り込まれた炭素原子を含む類例のない錯体でその結合様式、反応性、物性等が注目される。(諸岡)。

フェニルアセチレン誘導体やメタクリル酸エステル、アクリル酸エステルを有機金属からなる重合触媒を用いて立体特異的に重合させ、一方向らせん構造を有する光学活性ポリマーを合成し、その不斉識別能について検討した(岡本)。二核金属上にアリル配位子とプロパルギル配位子を構造特異的に認識配位させうる錯体システムを設計しその合成に成功した(黒沢)。キラルなポルフィリン配位子を有するZn錯体がアミノ酸と特異的に相互作用することを見出し、配位子の設計と錯体とアミノ酸の結合定数との関係を明らかにした(黒田)。構造制御したポルフィリンの分子集合体を用い、配位酸素への電子移動を抑制または促進させる分子環境条件を明確にした(土田)。金属ジチオレン錯体を対象に、溶媒により中心金属の分子識別機能が著しく変化することを見出し、その要因を溶媒のソフト・ハード性をもとに明らかにした(四ツ柳)。特異な機能を有する新規有機金属化合物の創生と、有機金属錯体の示す成分識別機能の原理解明を目指して研究を行った。主な成果は以下のとおりである。マンガンに酸素分子が配位した新規錯体を合成し、配位酸素がサーモクロミズムを示し、この原因が低温では配位子の水素が配位酸素分子と水素結合をつくることにあることを解明した。これは生体系でモノオキシゲナーゼが示す還元的な酸素分子の活性化の中間体に相当するはじめての錯体の合成例で、モノオキシゲナーゼの反応機構の解明に重要な材料を提供するものである。(諸岡)光学活性をもつ有機リチウム錯体を用いてメタクリル酸誘導体の重合を行い、一方向巻のらせん構造を有するポリマーを合成した。また、Rh触媒を用いて不斉識別機能を有するポリフェニルアセチレン誘導体の合成に成功した。(岡本)新規η^3-アリル/プロパルギル2核Pd錯体を合成し、その構造と反応性を明らかにした。(黒沢)二重架橋ポリフィリン亞鉛錯体がアミノ酸を不斉識別し、その原理がポリフィリン骨格上のアミド側鎖の多点水素結合によるものであることを明かにした。(黒田)構造制御したリピドポルフィリン錯体を合成し、それが集合組織を形成することを確かめ、その微細構造を明らかにした。(土田)微量のコバルトの検出に有用な新規コバルト錯体を合成し、その検出システムについて検討した。(四ツ柳)
ナノ結晶材料の粒界特性に関する分子動力学シミュレーション

本研究では,分子動力学法シミュレーションを基に,ナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目的としている.具体的にタービンブレードや原子炉など高温環境下で発生して材料強度低下の原因となる正四面体様転位(スタッキングフォルトテトラヘドラ,SFT)や空孔クラスターと粒界の相互作用を系統的に解析し,これらの効率的な除去方法を確立する.特にこれまであまり議論されてこなかった正四面体様転位や空孔クラスターどうしの相互作用やこれらが粒界形状・強度に及ぼす影響を考察し,俯瞰的な立場からナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目指している.平成30年度は,まず10万原子程度の中規模系においてSFTと粒界相互作用に関するシミュレーションを行い,コヒーレント双晶,非コヒーレント双晶それぞれのSFT及び空孔除去能力の違いについて詳細に検討を行った.また自己格子間原子(Self-interstitial atom, SIA)と空孔との相互作用,およびこれらと双晶との相互作用について詳細に検討し,SIA濃度と双晶の運動との相関関係を見出した.これらの知見をまとめ,査読付き英文雑誌にて公表した(Phys. Stat. Solid. B 255(2018)1800228).なおこの論文は発表号のback coverarticleに選ばれ注目度の高い論文である.さらに,原子間相互作用ポテンシャルの検証を詳細に行った.具体的には10種類のAl-EAMポテンシャルの力学特性の検証を行った.単結晶の力学特性のみならず多結晶体における粒界近傍の原子挙動について詳細に検討を行った.双晶方向のすべり障壁エネルギーの大小と多結晶体の塑性変形モードに相関があることを見出した.これらの知見をまとめ,査読付き英文雑誌にて公表した(Comp. Mater. Sci. 155(2019)421-433).当初の予定通り,今年度のうちに中規模系においてSFTと粒界相互作用に関するシミュレーションを行い,有益な知見を得ることができた.さらにナノ結晶材料の機械特性に関する原子間相互作用ポテンシャルの検証を詳細に検討し,有益な知見を得ることができた.これらの知見を2篇の査読付き英文論文にて公表するなど当初の計画通り順調に進展している.平成30年度までに本研究計画の大部分を実行することができた.来年度は大規模系における不純物ー粒界相互作用に関する計算結果の整理を行うとともに,また研究期間全般にわたる研究総括を行う.得られた知見をまとめて,未発表部分を査読付き英文論文に投稿する予定である.本研究では,分子動力学法シミュレーションを基に,ナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目的としている.具体的にタービンブレードや原子炉など高温環境下で発生して材料強度低下の原因となる正四面体様転位(スタッキングフォルトテトラヘドラ,SFT)や空孔クラスターと粒界の相互作用を系統的に解析し,これらの効率的な除去方法を確立する.特にこれまであまり議論されてこなかった正四面体様転位や空孔クラスターどうしの相互作用やこれらが粒界形状・強度に及ぼす影響を考察し,俯瞰的な立場からナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目指している.平成29年度は純物質(Cu)二結晶系において材料強度低下の原因となる正四面体様転位と対応傾角粒界との相互作用を系統的に考察し,粒界エネルギーの小さい双晶系では容易に正四面体様転位を通過する一方,それ以外の対応傾角粒界の多くは正四面体様転位を容易に吸収・除去することをを見出した.その際の粒界構造の変化を原子論的に考察し系統的な傾向を明らかにした.またSFT除去能力の温度依存性についても検討した.これらの知見をまとめて,査読付き英文雑誌Scripta Materialia(144(2018)78-83)にて公表した.また純物質二結晶系にせん断応力を付加した場合の粒界移動について粒界形状に着目して系統的にまとめ,得られた知見を査読付き英文雑誌Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering(26(2018)035008)にて公表した.他にもCoherentおよびIncoherentな粒界による正四面体様転位および点欠陥除去能力を比較し,現在知見をまとめて論文に投稿中である.さらに合金系に拡張すべく二元合金・二結晶系の予備計算を行った.当初の予定通り,初年度に純物質(Cu)二結晶系における対称傾角粒界とSFTの相互・消滅についての解析を行い有益な知見を得ることができ,その内容を金属材料分野で著名な雑誌Scripta Materialiaにて公表するなど,おおむね順調に進展している.

本研究では,分子動力学法シミュレーションを基に,ナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目的としている.具体的にタービンブレードや原子炉など高温環境下で発生して材料強度低下の原因となる正四面体様転位(スタッキングフォルトテトラヘドラ,SFT)や空孔クラスターと粒界の相互作用を系統的に解析し,これらの効率的な除去方法を確立する.特にこれまであまり議論されてこなかった正四面体様転位や空孔クラスターどうしの相互作用やこれらが粒界形状・強度に及ぼす影響を考察し,俯瞰的な立場からナノ結晶金属材料の粒界特性向上のための原子論的知見を得ることを目指している.平成30年度は,まず10万原子程度の中規模系においてSFTと粒界相互作用に関するシミュレーションを行い,コヒーレント双晶,非コヒーレント双晶それぞれのSFT及び空孔除去能力の違いについて詳細に検討を行った.また自己格子間原子(Self-interstitial atom, SIA)と空孔との相互作用,およびこれらと双晶との相互作用について詳細に検討し,SIA濃度と双晶の運動との相関関係を見出した.これらの知見をまとめ,査読付き英文雑誌にて公表した(Phys. Stat. Solid. B 255(2018)1800228).なおこの論文は発表号のback coverarticleに選ばれ注目度の高い論文である.さらに,原子間相互作用ポテンシャルの検証を詳細に行った.具体的には10種類のAl-EAMポテンシャルの力学特性の検証を行った.単結晶の力学特性のみならず多結晶体における粒界近傍の原子挙動について詳細に検討を行った.双晶方向のすべり障壁エネルギーの大小と多結晶体の塑性変形モードに相関があることを見出した.これらの知見をまとめ,査読付き英文雑誌にて公表した(Comp. Mater. Sci. 155(2019)421-433).当初の予定通り,今年度のうちに中規模系においてSFTと粒界相互作用に関するシミュレーションを行い,有益な知見を得ることができた.さらにナノ結晶材料の機械特性に関する原子間相互作用ポテンシャルの検証を詳細に検討し,有益な知見を得ることができた.これらの知見を2篇の査読付き英文論文にて公表するなど当初の計画通り順調に進展している.昨年度に引き続き,純物質系のCoherent/Incoherent粒界とSFT及びvoidなどの欠陥相互作用を系統的に解析する予定である.さらに純物質のみでなく二元合金系においても粒界・SFT相互作用を系統的に解析する予定である.平成30年度までに本研究計画の大部分を実行することができた.来年度は大規模系における不純物ー粒界相互作用に関する計算結果の整理を行うとともに,また研究期間全般にわたる研究総括を行う.得られた知見をまとめて,未発表部分を査読付き英文論文に投稿する予定である.
Ｍ期凝縮染色体の構築原理の解明：コンデンシン複合体は染色体上で何をしているか

コンデンシン複合体は染色体DNAを凝縮された形状へと変換する役割をもつ、正確な遺伝情報継承に不可欠な機能を果たす因子である。本研究課題ではコンデンシン複合体が染色体上のどこに結合しているかを正確にマッピングすることにより、コンデンシンの凝縮過程における分子機能の解明を目指した。その結果、転写反応により生じる単鎖DNA構造を認識しこれを解消することが、コンデンシンの果たす重要な役割の一つであることが見いだされた。染色体DNAは細胞分裂期(M期)になると凝縮してコンパクトな棒状の形態をとり、この染色体凝縮は均等な染色体分配にとって必須である。コンデンシンは染色体凝縮過程において不可欠な役割を果たすことが知られるタンパク質複合体である。申請者は前年度までに、M期における遺伝子転写は染色体分配に阻害的であること、コンデンシンはM期染色体上でRNAポリメラーゼII(pol II)と共局在していること、コンデンシンは遺伝子転写のもつ阻害的作用を中和すべく機能していること、を見いだしていた。今年度は引き続き、上述の発見のより詳細な分子機構を理解すべく解析を行った。得られた成果は次の通りである。1、コンデンシンが機能していないM期停止細胞中で転写や染色体構造を調べるための実験系を構築した。2、構築した系を用いて、コンデンシンはM期の遺伝子発現レベルには影響を与えていないことがわかった。3、にもかかわらず、コンデンシンはpol IIの遺伝子上での動態を制御していることを見いだした。すなわち、M期細胞で転写途中のpol IIが遺伝子上から速やかに排除され転写終結点近傍に蓄積すること、このM期特異的な分布様式はコンデンシンに依存していることがわかった。以上の結果は、転写途中のpol IIの存在が染色体分配に対して悪影響をもつこと、コンデンシンはpol IIのより速やかな進行を促すことでM期染色体上の進行中pol IIの量を減らすよう作用していること、を示唆している。凝縮染色体の構築には何が大切なのかについて手がかりを与える重要な知見だと考えている。現在、上述の解釈を支持する更なる証拠を得るため実験を続けている。結果の1については、その成果の一部(東京大学薬学部、川島茂裕博士との共同研究によるもの)を学術誌に発表した。申請者は先行研究でコンデンシン複合体が分裂酵母のM期染色体上でRNAポリメラーゼII(pol II)と共局在するという予想外の知見を得ていた。本研究課題ではこの知見を発展させ、コンデンシンが凝縮過程において染色体上で果たす役割を解明することを目的としている。今年度に得た成果は次の通りである。(1)コンデンシンおよびpol IIの結合する遺伝子がM期に発現しているかを検討した。これら遺伝子はM期にも発現がおきている遺伝子であることが確かめられた。(2)転写の抑制によりコンデンシンの結合は見られなくなった。また染色体上で異所的に転写を誘導するとコンデンシン結合が誘起されることも見いだした。(3)コンデンシンはヒストンと相互作用しうるという知見を踏まえ、結合部位に特異的なヒストン修飾を探索した。しかし、そのような修飾をこれまでに見いだすことはできていない。(4)コンデンシン変異株は制限温度下で染色体分配の欠損を示す。この表現型が転写阻害剤の添加により影響を受けるかを検討した。その結果転写阻害はコンデンシン変異体の表現型を相補することを見いだした。以上の結果は、M期染色体上での遺伝子転写は染色体分配にとって阻害的な効果を持つこと、コンデンシンはこの阻害効果を中和することで均等な染色体分配に貢献していることを強く示唆している。凝縮染色体の構築原理に迫る重要な知見である。現在、この仮定される阻害効果の実体について、ならびにコンデンシンがその効果を中和する機構の詳細について、解明を目指した研究を続けている。本課題で申請者は、ChIP-seq法によりゲノムDNA上のどこにコンデンシンが結合しているかを明らかにすることで、コンデンシンが染色体凝縮を引き起こす機構を解明することを目指した。その結果、コンデンシンはM期分裂酵母細胞中で転写活性の高い部分に特に強く結合していること、この結合はコンデンシンの機能と転写活性の両方に依存することをまず見いだした。また、RNAポリメラーゼII(RNAP2) ChIP-seq解析を通じ、コンデンシンはRNAP2の伸長反応を正に制御しているという仮説を前年に得ていた。