hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
教示学習を通した記号化から言語化への経時的認知発達に基づく構成論的研究

(以下、試行フェーズ)と、この2つのフェーズ間の切り替え(以下、ターンテイキングフェーズ)の3つのフェーズに分けて、これらのフェーズに必要な知覚機能と行為機能を明確にした。さらに、教示学習を行うためのセンサ内蔵型実験用具と実験テーブルを開発し、予備実験を通して、実験テーブルを用いたマルチモーダルな計測情報からロボットが行動学習を行えることを示した。さらに、他の研究組織と提案手法を用いた学際的な研究を推進するために、情報通信技術、ロボット技術を臨床発達心理学、応用行動分析学の観点から活用する発達支援ロボティクスに関する議論を行い、実際に、現場で複数の異なるロボットパートナーを用いた実験を行うことにより、発達支援におけるロボットの意味や役割について検討した。今年度は、(1)要素技術の開発、(2)言語に基づく認知発達に関する構成論的な理解、(3)他の研究機関との得られた知見に基づく発達支援に関する具体的な連携の検討が具体的な課題であった。まず、要素技術の開発については、当初の目的通り、視線検出、注視対象物体検出、頭部・指さし・ハンドジェスチャ認識、物体操作計測に関する計測ができるようになった。また、各種予備実験から簡単な物体のハンドリングに関する計測ができるようになった。次に、関連性理論における認知環境、現象学における過去把持と未来予持に関する考えから、予測に基づく知覚システムに関する予測に基づく知覚システムのフレームワークを提案した。また、言語に基づく認知発達に関する構成論的な理解を行うために、知覚情報・行為情報の離散化・記号化・分節化に関する検討を行った。離散化・記号化・分節化を行うためには、境界を生成・拡大・縮小するための方法が必要であり、これらの議論を多角的な観点から行った。最後に、提案手法を用いた学際的な研究を推進するために、学内外の他の研究組織と発達支援ロボティクスに関する議論を行い、実際に、現場で複数の異なるロボットパートナーを用いた実験を行うことにより、有効性に関する検討を行った。特に、「引き込み」を実現するためのカップリングの構成論的解明、「相互模倣」に基づくコミュニケーションの重要性に関する議論を行った。以上の進捗状況より、本研究が当初の目的・計画に沿って遂行できていると考えられる。来年度は、今年度の研究に引き続き、以下の研究項目を実施する。[研究項目2]言語学習に関する研究として、(2-3)教示フェーズにおける学習者の行為、(2-4)ターンテイキングフェーズのコミュニケーション、(2-5)試行フェーズにおける学習者の知覚と行為、(2-6)教示学習を介した言語学習・模倣学習を行う予定である。[研究項目3]階層性学習に関する研究として、(3-1)構成素間相関学習システムの構築、(3-2)構成素間相関学習システムにおける境界の強化、(3-3)構成素間相関学習システムからの階層性の抽出、(3-4)インタラクティブ階層性学習の分析行うことにより、言語学習に必要な機能を構成論的に解明することにより、本研究課題を遂行する。具体的な課題として、ロボットと子供がふれ合いながら認知発達に関する支援を行うために、単純化されたタスクを開発し、言語を介して、どのように学習していくのかを観察する。
虚血脳における新生ニューロンの移動メカニズムの解析

近年、脳傷害時には失われたニューロンが部分的に再生されることが報告されている。私が所属する研究グループでは、マウス中大脳動脈閉塞モデルを確立し、傷害脳におけるニューロン再生の研究を行ってきた。これまでに、私が所属する研究グループは、脳虚血時にSVZ(側脳室下帯)の神経幹細胞から生まれた新生ニューロンが虚血線条体へ向かって移動しニューロンとして成熟する事を証明した。しかし、脳が傷害を受けた際、神経再生過程における神経細胞の移動メカニズムの多くは解明されていない。昨年度、我々は傷害脳における新しいライブイメージング方法を確立し、虚血脳の神経再生過程において新生ニューロンが血管を足場として移動する事を示した。本年度は新生ニューロンが足場とする血管について解析を行った。近年の報告より、脳虚血後の脳では血管新生を伴いながら神経再生が起こる事が報告されている。そこで、新生ニューロンが足場とする血管が新生血管に特異的かについて検討を行う為、成体マウスに中大脳動脈塞栓術を行い、その後、新生細胞を標識する為にBrdUを投与して新生血管を標識し、組織学的解析を行った。結果として、新生ニューロンは新生血管及び既存の血管の両方の近傍に存在している事が明らかとなった。この現象を確認する為、血管に影響を及ぼさないで神経再生過程を観察するシステムであるAra-C投与モデルを用いて解析を行った。その結果、Ara-C投与モデルの神経再生の初期過程では、新生ニューロンの多くが血管の近傍に存在している事が観察された。上記の結果より神経再生の初期過程では、新生ニューロンは血管新生とは独立的に血管近傍に存在する性質を持つ事が示唆された。私が所属する研究グループでは、マウス中大脳動脈閉塞モデルを確立し、傷害時におけるニューロン再生の研究を行ってきた。これまでに、私が所属する研究グループは、虚血時にSVZ(側脳室下層)の神経幹細胞から生まれた新生ニューロンが虚血線条体へ向かって移動しニューロンとして成熟する事を証明した。しかし、脳が傷害を受けた際、神経再生過程における神経細胞の移動メカニズムは全く解明されていない。我々が、梗塞巣へ移動していく新生ニューロンの詳細を解析したところ、新生ニューロンがSVZからから梗塞巣へ移動していく際、血管の関与を示唆するデータを得た。本研究においては神経再生過程における新生ニューロンと血管との役割を明らかとする事により、神経細胞の移動メカニズムの解明を目的とし解析を進めている。現在までの、私の研究グループが行ってきた解析は固定標本を用いたものであり、新生ニューロンの移動を直接的に示したものでは無い。そこで、本年度は、新生ニューロンと血管のライブイメージングの確立を行った。血管及び新生ニューロンを蛍光標識する技術を開発し、スライスカルチャーにてライブイメージングを行った。その結果、新生ニューロンが血管を足場として移動する様子をライブイメージングにより示す事に成功した。血管と新生ニューロンの関係に着目し、神経再生過程の新生ニューロン移動メカニズムの詳細を解析中である。我々の研究は、傷害脳において内在性の神経幹細胞から生まれる新生ニューロンがどのようなメカニズムで損傷部位へと移動するかを明らかにするものである。これは、細胞移動という基礎生物学的な側面で重要であると共に、目的部位へ必要な細胞を移動させるという点で、脳の再生医学においても極めて重要な課題であると考える。私か所属する研究グループでは、マウス中大脳動脈閉塞モデルを確立し、傷害時におけるニューロン再生の研究を行ってきた。これまでに、我々の研究グループは、虚血時にSVZ(側脳室下帯)の神経幹細胞から生まれた新生ニューロンが虚血線条体へ向かって移動しニューロンとして成熟する事を証明した。しかし、脳が傷害を受けた際の神経再生メカニズムに関しては未解明な事が多く存在している。我々が神経再生過程の詳細を解析したところ、新生ニューロンの移動に血管の関与を示唆するデータを得た。本年度は、神経再生過程の血管と新生ニューロンの関係を解析する為に傷害脳のライブイメージングを行った。はじめに、成体脳ではスライスカルチャーが困難な為、幼弱マウスの脳梗塞モデルの確立を行った。次に、ライブイメージングを行う為、新生ニューロンと血管を蛍光標識する方法について検討を行った。ウイルスベクター、遺伝子改変マウスを用いる事で、新生ニューロンと血管を長時間・蛍光標識し、観察するシステムを確立した。そして血管・新生ニューロンを標識したマウスに脳梗塞の手術を行い、脳スライスのEx vivo培養を行った。ライブイメージング解析を行った結果、SVZから傷害部位へ新生ニューロンが移動する際、血管を足場として動いて行く動態を観察する事に成功した。

これまでに、私が所属する研究グループは、脳虚血時にSVZ(側脳室下帯)の神経幹細胞から生まれた新生ニューロンが虚血線条体へ向かって移動しニューロンとして成熟する事を証明した。しかし、脳が傷害を受けた際、神経再生過程における神経細胞の移動メカニズムの多くは解明されていない。昨年度、我々は傷害脳における新しいライブイメージング方法を確立し、虚血脳の神経再生過程において新生ニューロンが血管を足場として移動する事を示した。本年度は新生ニューロンが足場とする血管について解析を行った。近年の報告より、脳虚血後の脳では血管新生を伴いながら神経再生が起こる事が報告されている。そこで、新生ニューロンが足場とする血管が新生血管に特異的かについて検討を行う為、成体マウスに中大脳動脈塞栓術を行い、その後、新生細胞を標識する為にBrdUを投与して新生血管を標識し、組織学的解析を行った。結果として、新生ニューロンは新生血管及び既存の血管の両方の近傍に存在している事が明らかとなった。この現象を確認する為、血管に影響を及ぼさないで神経再生過程を観察するシステムであるAra-C投与モデルを用いて解析を行った。その結果、Ara-C投与モデルの神経再生の初期過程では、新生ニューロンの多くが血管の近傍に存在している事が観察された。上記の結果より神経再生の初期過程では、新生ニューロンは血管新生とは独立的に血管近傍に存在する性質を持つ事が示唆された。
超特異性プロテアーゼ生産菌探索法の開発と新規プロテアーゼに関する研究

基質特異性の高い酵素は、タンパク質の一次構造解析、食品工業へめ応用など多どの分野で使用され、利用価値の高い酵素のひとつである。現在まで多くの研究者によって、ユニークな性質を持っプロテアーゼ生産菌が探索されてきたが、既存のプロチアーゼ活性が強くかつ基質特異性も低いために、目的とする特異性の高いプロテアーゼの発見には多くの人手と時間を要した。そこで。研究代表者らはSS工、MAPI,SMPI等で既存のプロテアーゼ活性を除去し、蛍光基質法や酸化インスリンB鎖を基質に用いたHPLC法を組合せ、短期間に新規プロテアーゼ生産苗の探索を行った。現在までに、以下に述べる数種の特異性の高いプロテアーゼ生産苗の分離に成功した。(1)Penicillium sp.FG-1株の生産するセミアルカリプロテアーゼは。分子童3.2万、等電点9.4作用最適pH8.0で。酸化インスリンB鎖のLeu(15)-Tyr(16)のみを水解する基質特異性の高いセリンプロテアーゼであった。(2)Alcaligenessp.KU-22株の生産するプロリルエンドペプチダーゼは、分子量7.6万、等電点4.9,作用最適pH8.0で、Pro-X結合を水解するセリン酵素であり、動物由来のそれと類似した性質を示した。(3)Stre-ptomyces xanthophaeus HA-36株の生産するプロリルエンドペプチダーゼは、分子量4,7万、等電点4,8,作用最適pH7.0で、Pro-X結合を水解するセリン酵素であり、弱いながらカゼインも分解することから、微生物由来の酵素とは明らかに性質が異なっていた。(4)放線菌の生産するセリンプロテアーゼは。Suc-(Ala)_3-pNAを基質に発見したエラスターゼ様酵素であり。分子量2,6万、等電点6,4,作用最適pHが9.0で、弱いながらカゼインも分解した。今後は、これら酵素を用いたタンパク質の限定分解やペプチド合成等への用途を探索すると共に、さらに新しい基質特異性を持ったプロテアーゼの探索を行いたいと考えている。そこで。本研究で開発した方法でカゼイン分解力の弱い菌株を選び、インシュリンHPLC法及び合成基質の分解パタ-ンから以下の超特異性プロテア-ゼの分取に成功した。(1)ペニシリウム属FGー1株の生産するセミアルカリプロテア-ゼは、分子量3万2千、等電点9.4、反応最適pHが8のセリンプロテア-ゼであり、酸化インシュリンB鎖のLeu(15)ーTyr(16)結合のみを水解する極めて特異性の高い(超特異性)ユニ-クな酵素であることを明らかにした。更に、LDHアイソザイムの分別定量を目的に、M型サブユニットの特異的な阻害剤の検索を行っていたところ、本酵素が塩酸グアニジンを用いた実験でM型サブユニットのみを完全に阻害し、LDHサブユニットの分別定量の可能性が示唆された。(2)シウドノカルディア属の放線菌が生産する酵素は、カゼイン分解活性が殆ど無く、アスパルテ-ム前駆物質(ZーAsp^^ーPhe^^ーOMe)やアスパルテ-ム(Asp^^ーPhe^^ーOMe)のAsp^^

ーPhe間のペプチド結合を水解するチオ-ルプロテア-ゼであった。予備実験から逆反応も進行することが明らかとなった。(3)ストレプトミセス・キサントフアエウスHAー36株の生産するプロリルエンドペプチダ-ゼは、分子量4万7千、反応最適pHが7のセリン酵素であった。本酵素は、合成基質を用いた実験より、その作用にはP_4位が必要であり、更にカゼイン分解活性も合わせ持つことから、既知の酵素とは諸性質の異なったユニ-クなプロテア-ゼであることが明らかとなった。(4)放線菌の生産するアルカリプロテア-ゼは、反応最適pHを9に持ち、アラニン残基のC末端側を特異的に切断するセリン酵素であった。更に、本酵素が既知のプロテア-ゼ阻害剤(キモスタチン・ロイペプチン・SSI)で全く阻害を受けないことから、新規なプロテア-ゼである可能性が示唆された。基質特異性の高い酵素は、タンパク質の一次構造解析、食品工業への応用など多くの分野で使用され、利用価値の高い酵素のひとつである。現在まで多くの研究者によって、ユニークな性質を持つプロテアーゼ生産菌が探索されてきたが、既存のプロテアーゼ活性が強くかつ基質特異性も低いために、目的とする特異性の高いプロテアーゼの発見には多くの人手と時間を要した。そこで、研究代表者らはSSI、MAPI、SMPI等で既存のプロテアーゼ活性を除去し、蛍光基質法や酸化インスリンB鎖を基質に用いたHPLC法を組合せ、短期間に新規プロテアーゼ生産菌の探索を行った。現在までに、以下に述べる数種の特異性の高いプロテアーゼ生産菌の分離に成功した。(1)Penicillium sp.FG-1株の生産するセミアルカリプロテアーゼは、分子量3.2万、等電点9.4、作用最適pH8.0で、酸化インスリンB鎖のLeu(15)-Try(16)のみを水解する基質特異性の高いセリンプロテアーゼであった。(2)Alcaligenessp.KU-22株の生産するプロリルエンドペプチダーゼは、分子量7.6万、等電点4.9、作用最適pH8.0で、Pro-X結合を水解するセリン酵素であり、動物由来のそれと類似した性質を示した。(3)Streptomycesxanthophaeus HA-36株の生産するプロリルエンドペプチダーゼは、分子量4.7万、等電点4.8、作用最適pH7.0で、Pro-X結合を水解するセリン酵素であり、弱いながらカゼインも分解することから、微生物由来の酵素とは明らかに性質が異なっていた。(4)放線菌の生産するセリンプロテアーゼは、Suc-(Ala)_3-pNAを基質に発見したエラスターゼ様酵素であり、分子量2.6万、等電点6.4、作用最適pHが9.0で、弱いながらもカゼインも分解した。今後は、これら酵素を用いたタンパク質の限定分解やペプチド合成等への用途を探索すると共に、さらに新しい基質特異性を持ったプロテアーゼの探索を行いたいと考えている。
ハイドレート・過冷却水・ガラス中の溶存状態とダイナミクスに関する光化学的研究

ハイドレートケージ内のベンゼンおよびメソ細孔中のベンゼンと水および細孔壁との相互作用を分光学的手法によって測定し,溶存状態の特徴,励起状態におけるダイナミクスを光化学的立場から明らかにすることを目的として研究した.1.ベンゼンおよび重ベンゼンのハイドレート:最も基本的な芳香族分子であるベンゼンのハイドレートに関する実験データは非常に少ない.キセノンをヘルプガスとするハイドレートケージ内のベンゼンのラマンスペクトル(450-3300cm^<-1>領域),蛍光スペクトル,蛍光寿命を測定した.4相共存曲線(4°Cで1.9気圧、5°Cで2.1気圧程度)と共に実験の論文およびラマンスペクトルの理論的解析の論文としてまとめている.2.細孔径が約4nmの4種類のメソ多孔体(細孔壁面:SiO_2;SiO_2を(EtO)_3Si-(CH_2)_3-NH_2で表面処理;(SiO_1.5-CH_2CH_2-SiO_1.5)_n;(SiO_1.5-C_6H_4 SiO_1.5)_n)中の水およびベンゼン飽和水溶液(室温で2.3x10^<-2>M)の示差熱解析を行った.3.メソ細孔中のベンゼン水溶液:ベンゼンの励起状態ダイナミクスはベンゼンS1状態から細孔壁中の構造欠陥への励起移動が主たる失活過程であることを示した.4.メソ細孔中のベンゼン液体:ベンゼンと細孔壁との局所的な分子間相互作用がバルクの性質を支配していると考えられる結果を得た.細孔径4.3nmではベンゼンは80Kでも凝固せず,7.8nmの場合1次転移を示す明確な発熱ピークが観測されない.この結果はメソ孔内のベンゼン液体構造が細孔壁からの距離に依存して徐々に変化することを示している.5.有機-無機ハイブリッドメソ多孔体:基本的な系であるフェニレンシリカメソ多孔体の壁面の励起状態ダイナミクスを明らかにした.励起状態ダイナミクスを壁面構造と関連付けてその温度依存性を説明してまとめた.6.メソ多孔体中の発光性構造欠陥を調べて石英中の構造欠陥の研究を参考に整理した.ハイドレートケージ内のベンゼンおよびメソ細孔中のベンゼンと水および細孔壁との相互作用を分光学的手法によって測定し,溶存状態の特徴,励起状態におけるダイナミクスを光化学的立場から明らかにすることを目的として研究した.1.ベンゼンおよび重ベンゼンのハイドレート:最も基本的な芳香族分子であるベンゼンのハイドレートに関する実験データは非常に少ない.キセノンをヘルプガスとするハイドレートケージ内のベンゼンのラマンスペクトル(450-3300cm^<-1>領域),蛍光スペクトル,蛍光寿命を測定した.4相共存曲線(4°Cで1.9気圧、5°Cで2.1気圧程度)と共に実験の論文およびラマンスペクトルの理論的解析の論文としてまとめている.2.細孔径が約4nmの4種類のメソ多孔体(細孔壁面:SiO_2;SiO_2を(EtO)_3Si-(CH_2)_3-NH_2で表面処理;(SiO_1.5-CH_2CH_2-SiO_1.5)_n;(SiO_1.5-C_6H_4 SiO_1.5)_n)中の水およびベンゼン飽和水溶液(室温で2.3x10^<-2>M)の示差熱解析を行った.3.メソ細孔中のベンゼン水溶液:ベンゼンの励起状態ダイナミクスはベンゼンS1状態から細孔壁中の構造欠陥への励起移動が主たる失活過程であることを示した.4.メソ細孔中のベンゼン液体:ベンゼンと細孔壁との局所的な分子間相互作用がバルクの性質を支配していると考えられる結果を得た.細孔径4.3nmではベンゼンは80Kでも凝固せず,7.8nmの場合1次転移を示す明確な発熱ピークが観測されない.この結果はメソ孔内のベンゼン液体構造が細孔壁からの距離に依存して徐々に変化することを示している.5.有機-無機ハイブリッドメソ多孔体:基本的な系であるフェニレンシリカメソ多孔体の壁面の励起状態ダイナミクスを明らかにした.励起状態ダイナミクスを壁面構造と関連付けてその温度依存性を説明してまとめた.6.メソ多孔体中の発光性構造欠陥を調べて石英中の構造欠陥の研究を参考に整理した.ベンゼンハイドレートにおけるベンゼンと水分子との分子間相互作用を手がかりとして、低温水溶液およびメソ多孔体中のベンゼン水溶液の溶存状態とそのダイナミクスを光化学的手法により明らかにすることを目的として研究を進めている。1.キセノンをヘルプガスとするベンゼンハイドレート(4相共存線は4°Cで1.9、5°Cで2.1気圧程度)を作成し、450-3300cm^<-1>の領域でラマン散乱の測定を行った。3000cm^<-1>付近のC-H伸縮振動領域では高波数側3088cm^<-1>に新しいバンドが、1600cm^<-1>付近および1000cm^<-1>のC-C伸縮振動領域ではそれぞれ8-11cm^<-1>の高波数側シフトが観測された。

2.細孔径が約3nmの4種類(細孔壁面:SiO_2;SiO_2を(EtO)_3Si-(CH_2)_3-NH_2で表面処理;(SiO_<1.5>-CH_2CH_2-SiO_<1.5>)_n;(SiO_<1.5>-C_6H_4SiO_<1.5>)_n)のメソ多孔体中の水およびベンゼン飽和水溶液(室温で2.3x10^<-2>M)の示差熱解析を行い凝固と融解温度を求めた。凝固温度は約-45°C、融解温度は約-40°C。3.4種類のメソ多孔体中に水およびベンゼン飽和水溶液を吸着させた系の蛍光スペクトルとその温度効果、蛍光減衰曲線を測定した。蛍光スペクトルの測定において、発光しない石英が手に入らないこと、石英の発光欠陥の励起スペクトルとメソ多孔体の壁面およびベンゼンの吸収がよく似た波長領域に重なっていることから多くの困難が生じた。(SiO_<1.5>-C_6H_4SiO_<1.5>)_nを壁面とする多孔体の蛍光減衰曲線は非指数関数となり、励起状態のダイナミクスが複雑であることを示した。4.主たる実験装置に関しては、以下の装置を組み立て測定に使えるようにした。(1)ハイドレート作成用耐圧ガラス容器と温度制御系:市販の低温恒温水槽を0.1°Cで制御し、排気系とXe充填系をつないだガラス容器に試料をつめた。攪拌は外部から磁石を用いて行った。(2)ピコ秒時間相関光子計数システム:波長可変の励起光源として光パラメトリック増幅器出力およびその高調波を使用し、f=10cmのホログラフィック回折格子分光器で分光した蛍光をMCP付光電子増倍管で受光し、時間相関光子計数モジュールにつないだ。時間分解能は10ps程度である。(3)温度可変セルホルダー:液体二酸化炭素を口径0.1mmの孔からセルに吹き付けることにより定常的な冷却が可能になった。温度制御は4本のヒーターで行った。室温から-80°Cの領域で制御できる。最も基本的な芳香族分子であるベンゼンおよびその有機分子錯体と水分子との分子間相互作用を調べる。キセノンをヘルプガスとするベンゼンハイドレートをリファレンスとして,ベンゼン水溶液やその過冷却状態,メソ細孔中のベンゼンと水および細孔壁との相互作用を光化学的手法によって測定し,溶存状態の特徴,励起状態におけるダイナミクスを明らかにすることを目的として研究した。1.ベンゼンおよび重ベンゼンのハイドレートのラマンスペクトル,蛍光スペクトル,蛍光寿命を測定し整理した。4相(気相,ベンゼン相,水相,ハイドレート相)共存曲線と共に公表する。2.有機-無機ハイブリッドメソ多孔体の基本的な系であるフェニレンシリカメソ多孔体の壁面の励起状態ダイナミクスを明らかにする目的で,蛍光量子収率,蛍光スペクトルの温度依存性,時間分解蛍光スペクトル,蛍光減衰曲線の波長依存性などを測定した。壁面に沿った励起状態のマイグレーション過程を幾つかのモデルを用いて解析することを試みた。3.メソ多孔体中のベンゼンおよびベンゼン水溶液の蛍光スペクトル・蛍光減衰曲線の温度効果を測定し,シリケート細孔壁にあると考えられる構造欠陥との相互作用,エネルギー移動が重要な過程であることが判ってきた。4.ラマン分光手法によって,メソ多孔体中の水とベンゼン水溶液で水の構造が異なることを示唆する結果を得た。5%重水混合水を用いてより詳しい測定を進める。5.18年度に購入した実験装置および重点的に整備した装置に関しては,以下の通りである。(1)クライオスタット:オックスフォード社,Opti8tat-DNを予定通り購入し,室温から液体窒素温度(77K)まで0.1°Cの安定度で長時間測定が可能である。(2)ピコ秒時間相関光子計数システムの整備:クライオスタットをはじめ種々の測定試料を効率よく測定するため,各種セルホルダー,波長板,非線形結晶,ミラー類,ステージ類を充実させた。
トリメチルホウ素を用いたp型半導体ダイヤモンド単結晶薄膜の成長初期過程の制御

本研究ではホウ素源として新しい原料であるトリメチルホウ酸(以下TMBと略す)を用いてp型ダイヤモンドを合成し、そのHall効果の測定から電気伝導率及びホール移動度を算出した。また、一般的なホウ素源であるB_2H_6によりドープされた膜の電気特性と比較検討した。下地基板にはダイヤモンド単結晶(100)面、(111)面、シリコン(100)面上に作成した高配向性ダイヤモンドを用い、p型ダイヤモンド膜中のホウ素量は二次イオン質量分析により測定した。膜中のホウ素含有量が同じ値で膜物性の比較を行うと、TMBを用いた膜のホール移動度は、B_2H_6を用いた膜と同様に、ホール濃度の増加に対して減少する傾向が見られた。TMBを用いた場合では気相中のB/C比が200ppmのときにホール移動度が300cm^2/V・sであり、B_2H_6を用いた膜のホール移動度と比較して1/3程度の値であった。ホモエピタキシャル膜中のホウ素量が比較的少ない場合、電気電導率の活性化エネルギーは0.4eV程度であるとの報告例が多いが、我々が作成したホウ素ドープ膜の活性化エネルギーはを測定すると、0.2eV程度の値であった。アクセプタ準位が低いことは電気的に有利であると思われるが、膜の結晶性など今後評価するべき項目は多いと思われる。一方、高配向膜上のp型膜では数10cm^2/V・sの値が得られた。TMBを用いた膜の特性が劣る理由としては、TMBを用いた膜の質が不良である可能性もあり、今後の検討を要する。後者の原因としては、成膜条件をB_2H_6によるド-ピングで最適といわれる条件に設定したことがある。今後は、TMBを用いて作成したp型ダイヤモンドの膜質をラマン等で評価するとともに、TMBを用いたド-ピング条件を最適化することが必要である。
エリトリアにおける国民国家形成と民族間関係の相克

本研究期間中にエリトリア、イギリス、エチオピア、アメリカ、国連において史料渉猟を実施した。これらの史料の分析、突合せを行いエリトリア政治史ならびに社会史の分析を進めた。ムスリム連合ならびに自由進歩党の支持層の分析に加え、ムスリム連合から分派した西部州ムスリム連合の成立、同党の支持層となったエリトリア西部地域の社会史の分析を深めた。本研究期間中にエリトリアの脱植民地化について北東アフリカの文脈で比較検討する論文を刊行することができた。初年度は、9月にエリトリア、2月にエチオピアに渡航し、史料館、図書館を中心に史料渉猟を行った。在外研究以外でも文献研究を継続している。また国際エチオピア学会参加ならびに外国人研究者の招聘を通じて国外の研究者と議論を深めた。研究者ネットワークの構築により、閲覧が困難な資料の入手も可能となり研究に利することとなった。エチオピアならびにエリトリアで渉猟した史料を用いて研究を進めている初年度、エリトリアにおいて渉猟した行政史料の分析を引き続き行った。英軍政下のエリトリア行政文書をさらに渉猟する必要があり、8月にはロンドンの英国国立公文書館で史料渉猟を実施した。また本研究が対象とする40年代、50年代からエリトリア内政に介入を行ったエチオピアの史料を渉猟するために8月後半にはエチオピアを訪問した。年度後半には、エリトリア、イギリス、エチオピアで渉猟した史料の分析、突合せを行いエリトリア政治史ならびに社会史の分析を進めた。初年度に分析を行ったムスリム連合ならびに自由進歩党の支持層の分析に加え、ムスリム連合から分派した西部州ムスリム連合の成立、同党の支持層となったエリトリア西部地域の社会史の分析を深めた。西部州ムスリム連合の成立はエリトリア内の諸政党の対立の文脈に加え、エリトリア西部が隣接しているスーダンを植民地とし、また51年までエリトリアで軍政を敷いたイギリスの政治的介入が注目されてきた。しかし、成立から短期間で1952年のエリトリア初の選挙で第二党となるほど政治的影響力を発揮した西部州ムスリム連合と支持を行った西部州の諸民族との関係についてはこれまで言及が限定的であった。この点についてイギリス外交文書ならびにエリトリア公文書史料を用いて分析を行った。他方、エリトリアの脱植民地化を相対化して検討するために、同じくイタリア領植民地であったイタリア領ソマリランドの脱植民地化についても分析を行い、エリトリア並びにイタリア領ソマリランドの脱植民地化の比較に関する論考についても執筆を開始した。エリトリアの脱植民地化に関する政治史は先行研究も複数あり、史料分析の手掛かりとなるため、渉猟した史料の分析により新たな視点も加味した研究を進めることができた。他方で、社会史については先行研究も十分なく、複数の国に分散している限られた資料を渉猟し、分析を深めることに当初よりも時間がかかっている。最終年度は、先2年間の研究をまとめつつ、夏にアメリカにおいて外交史料館、国連アーカイブ、ならびにスタンフォード大学フーバー研究所でエリトリア史に関する史料渉猟を行った。エリトリアを取り巻く国際関係の変化により、40年代のイギリス軍政期からアメリカ軍の駐留が始まっており、エリトリアに関する史料はアメリカにも多く、他国の外交史料、行政史料と突き合わせることで社会史の理解が深まった。また国連アーカイブでは1950年のエチオピア・エリトリア連邦制の制度構築ならびに1951年に実施された第1回国会議員選挙前後のエリトリア情勢と国連の立場を明らかにする史料の渉猟を行うことが可能となった。特にイギリスや他の刊行史料にはない、エリトリア人の女性たちのロビー活動など選挙権を与えられなかった女性たちによる政治活動の一端を明らかにする史料も渉猟することができた。一連の研究の成果を2017年度中にすべて刊行することはかなわなかったが、エリトリアの脱植民地化について北東アフリカの文脈で比較検討する論文を刊行することができた。これまで渉猟した史料の検討を行い、2年目の研究計画を立案している。2年目にも在外研究を予定している。米英の史料渉猟に加え、在欧米の北東アフリカ研究者と議論を深める可能性も含め、研究の深化に努める予定である。これまで、エリトリア、イギリス、エチオピアと3か国で史料渉猟を行い、その分析を行ってきた。当該研究の対象時期は帝国主義から冷戦に架橋する時期であり、さらに研究を深めるために最終年度となる今年度はアメリカとエチオピアで史料渉猟を実施する予定である。2年間の研究成果をさらに深めるためにアメリカ外交文書館、ならびにスタンフォード大学フーバー研究所に所蔵されているエリトリアならびにエチオピアに関する史料にあたる予定である。最終年度の後半は、史料分析をもとに成果物となる論文執筆にあたる。アフリカ史在外研究の渡航費について他の研究費と合わせて渡航することで、計画よりも渡航費をおさえることが可能となったため。エリトリアにおける史料渉猟が初年度に順調に経過したため、2年目にあたる本年度のエリトリア渡航費用分が未使用となった。またイギリス、エチオピア、エリトリア3か国の史料分析に集中して取り組んだため、本年度のアメリカ渡航は次年度に実施することとした。

在外研究費において費用が掛かることが予想される欧米渡航費用に充てる。最終年度にあたる2017年度に、2016年度から繰り越した研究費を利用して、文献渉猟並びにアメリカにおける史料渉猟の渡航費・滞在費に充てる。
Ba-Fe-O系の熱力学的研究

計画調書に記載の研究計画・方法に沿って研究実績の概要を述べる。(1)熱重量法試料の作成以下BaOをB,【Fe_2】【O_3】をFと記す。作成した試料は、【B_5】【F_1】,【B_3】F,BF,【B_2】【F_3】,【BF_6】,【B_2】F+BF,【B_2】【F_3】+【BF_6】,【BF_6】+Fであり、1000°Cから1200°Cまでの温度で粉砕,混合,焼成を繰り返し、目的生成物を得た。X線回折によって確認した。(2)酸素分圧の制御【O_2】,Αγ-【O_2】,【H_2】-【H_2】O,Αγ-【H_2】-【H_2】O混合ガスを前2者は純ガスを混合して、後2者は純ガスの混合と一定温度の水の水蒸気を飽和させることによって調製した。これによって1【10^3】atm,【10^(-14)】【10^(-21)】atmの間で酸素分圧を制御することができた。(3)900°Cにおける平衡質量の測定(1)で作成した各試料を使って、【Po_2】の関数として平衡質量を求めた。これから初期質量との差を算出し、【Po_3】の関数として平均酸化鉄組成を求めた。(4)BaO-Fe-【Fe_2】【O_3】系等温断面図の作成(3)の結果を0/Fe比対log【Po_2】図としてまとめ、相律から3凝縮相平衡で自由度f=0 2凝縮相平衡でf=1となり、前者では一定のlog【Po_2】で不連続的質量変化が、後者ではlog【Po_2】変化に伴う連続的質量変化が起こり、f=0とf=1が交互に起こることも考慮に入れて、等温断面図を作成した。なお、f=0に代ってf=2の起こる可能性も考慮した。その結果、Fe-BaO-【B_5】F,Fe-【B_5】F-【B_3】F,Fe-【B_3】F-X,Fe-X-Y,Fe-Y-FeOの5つの3凝縮相平衡の存在が明らかになった。これらはカプセル法によってさらに確認する必要がある。(5)セルによるBaO活量の測定Ba【F_2】焼結体を固体電解質として、2凝縮相平衡時のBaOの活量を大気中で測定した。しかし、平衡致達が非常に遅いこと固体電解質が900°C以上の温度で反応が激しく不安定であり、信頼できる起電力が得にくいことが分かった。
大気化学・陸域生態系モデルの結合によるCH4・N2Oの変動要因の解明

本研究では、メタン(CH4)や亜酸化窒素(N2O)の収支や各変動要因の分離・定量化を行った。陸域生態系モデルによるCH4・N2OおよびBVOCs等の微量気体の放出推定をできるだけ高精度化し、CH4の消失源として重要なOHラジカルの濃度場については、大気化学モデルによる感度実験により各種変動要因の整理を行い、大気化学場の衛星データ同化を用いた高精度のOH推定も実施した。また、N&#172;2O放出の検証や光解離・成層圏・対流圏間交換(STE)の役割の定量化も行う。さらに、CH4・N2Oの過去の変動について、再現実験を行い、各変動要因の寄与を分離・定量化し、変動機構を明らかにした。陸域生態系モデルVISITを用いて、陸域におけるCH4とN2Oの交換フラックスの全球分布を1900年から2010年までについて推定し、土地利用変化、気象要因等からのCH4フラックス等についても精緻化を行った。N2Oのフラックス推定については、耕作地への窒素肥料投入量の表現の向上の他、大気化学モデルとの連携により大気からの窒素沈着等の影響を考慮するように、モデルを高度化した。また、VISITで計算される各種フラックスを大気化学モデル、N2O化学輸送モデルへ入力し、CH4・N2Oの大気中濃度の診断実験をそれぞれ行い、衛星観測や航空機観測の各種データを用い検証を行った。また、OHの全球分布(大気酸化能)についても、CHASERモデルのオゾン化学反応過程の改良を行った上で、過去の再現・診断計算を開始し、オゾン・CO・NOxなどの関連化学種の検証を実施した。さらに、OHの変動要因(水蒸気、オゾン、紫外光、NOx)を分離・定量化するための診断実験の準備を行い初期的な実験を開始した。大気化学同化システム(CHASER-DAS)については、雷からのNOx生成量の逆推定を行い(Miyazaki et al., 2013)、OHの全球分布推定やエミッション変動要因の特定に向け、定量的理解が向上した。N2O化学輸送モデルについては、まず、成層圏での大気放射や光解離反応スキームの改良を行い、N2O消失過程表現を向上させた。そのうえで、VISITにより農耕地・森林等の放出源(あるいは硝化・脱窒等のプロセス)毎に区別して出力されたN2Oフラックスをモデルに入力し、個別トレーサーとして濃度を計算し、結果の検証を行った。前年度に着手した陸域生態系モデルVISITによるフラックス推定と大気モデルによる検証・改良を継続して行った。また、大気化学場から陸域生態系へのインパクトを評価するため、大気から地表への窒素沈着の動態について、気候値・変動を整理した。さらに、CHASER-DASをもとにした大気化学場のデータ同化やエミッションの逆推定も行い、陸域からの植物起源有機化合物(BVOC)やNOx等の放出量の特定も実施し、CHASERによるOH濃度場計算の精度が大きく向上した(Miyazaki et al., 2014)。N2Oについては、データ同化に利用可能な観測データが限られるが、CH4等と同様の枠組みで既存観測データを最大限利用し、フラックス時空間分布の逆推定を試みた。エミッションとしてはVISITによるNO2フラックスを検証するとともに、農業等の人為要因および気象等の自然要因の両観点からフラックス変動を考察した。上述のように精緻化・改良が進められた各モデル・データを用い、CH4・N2O全球収支(各ソース・シンクの寄与)を特定するため、過去数十年間を対象としたCH4・N2Oの再現実験を実施した。再現実験については、陸域生態系からのフラックス変動や大気化学的な消失量の変動などがCH4・N2Oの過去の長期変動に対してどのような寄与をもっていたかについて、詳細な感度実験によりそれぞれ定量化し、とくに大気中のCH4消失量の変動に関しては、OHの各変動要因(気象場、オゾン濃度場など)について分離した。N2Oについては、温暖化による大気循環の変化に伴う成層圏・対流圏間交換の変動や、成層圏オゾンの減少によるN2O光解離への影響について、感度実験・解析により検討した。以上の結果について、論文・学会等で発表を行った。これまでの研究で精緻化・改良が進められた大気化学モデル(CHASER)およびエミッションデータを用い、メタン(CH4)および亜酸化窒素(N2O)の全球収支の再評価を実施した。まず、メタンの消失過程を支配するOHラジカルの全球分布に着目し、長期・年々スケールのOH変動要因を分離する感度実験を実施し、各要因を定量的に整理した。この結果、2000年以降のOH変動には、オゾン(O3)やバイオマス燃焼起源の一酸化炭素(CO)が大きく関与しており、最近の2010年以降では、オゾンや雲の変動が継続的にOHを増加させていることが明らかになった。OHについては、各種関連気体の衛星観測データを用いたデータ同化手法(CHASER-DAS)による全球分布推定も実施し、OHとの反応によるメタン消失量とその変動について、より精度の高い知見を得ることができた。一方、本研究の陸域生態系モデルVISITによるBVOCs(植物起源VOCs)の推定に関し、ホルムアルデヒド(HCHO)の衛星観測を用いた詳細な検証を実施した。この結果、VISITによるイソプレン等のBVOCs発生量の推定は、最大で60%程度の過大評価である可能性が指摘された。

最後に、このような結果をモデル・エミッションデータに導入・反映し、過去数十年間におけるCH4・N2O変動の再現実験を実施し、観測との比較・検証の上で、各種変動要因の寄与を分離・定量化し、まとめた。特にCH4については、CH4自体の濃度上昇に加え、窒素酸化物(NOx)の濃度上昇や、気候変動(温暖化傾向)による水蒸気・雷NOx発生の増加がOHを変動させ、メタンの全球平均濃度や収支に大きく寄与していることが示された。本研究では、メタン(CH4)や亜酸化窒素(N2O)の収支や各変動要因の分離・定量化を行った。陸域生態系モデルによるCH4・N2OおよびBVOCs等の微量気体の放出推定をできるだけ高精度化し、CH4の消失源として重要なOHラジカルの濃度場については、大気化学モデルによる感度実験により各種変動要因の整理を行い、大気化学場の衛星データ同化を用いた高精度のOH推定も実施した。また、N&#172;2O放出の検証や光解離・成層圏・対流圏間交換(STE)の役割の定量化も行う。さらに、CH4・N2Oの過去の変動について、再現実験を行い、各変動要因の寄与を分離・定量化し、変動機構を明らかにした。当初計画していた、陸域生態系モデルVISITや大気化学モデルCHASERの改良および検証は計画通りに実施された。また、VISITによる過去の長期フラックス推定も計画通りに行われ、大気化学モデルを利用したフラックス検証も予定通りであり、想定される成果は得られた。さらに、大気化学同化システム(CHASER-DAS)を用いた大気化学場やエミッションの逆推定も初期的な結果(Miyazaki et al., 2013)が得られ、OH変動に関連する大気化学場変動の理解が大きく向上した。N2O化学輸送モデルを用いたN2O収支の解析についても、モデル表現の改良や、エミッション種別ごとのN2O変動寄与の推定が行われ、予定通り研究が進められた。本年度の主な目的の一つである、大気OHラジカル濃度やCH4・N2O変動の分離・評価は予定通り進められ、データ同化手法(CHASER-DAS)による大気化学場やエミッションの逆推定の実施も予定通りであった。陸域生態系モデルVISITによるフラックス推定も昨年度から継続して行われており、次年度にCHASERとの結合・融合的解析につなげる。27年度が最終年度であるため、記入しない。大気化学陸域生態系モデルによるフラックス推定については、大気化学モデルCHASERを援用した検証をさらに詳細に行う。また大気からの窒素沈着変動が陸域生態系応答を介してどのように大気へのフラックス変動にフィードバックするか定量的に考察を行う。OH全球分布変動については、CHASER化学モデルによる感度実験を行い、各種変動要因のさらなる分離・定量化を行うとともに、データ同化システム(CHASER-DAS)により、過去のOH変動をさらに高精度で推定し、メタンの収支解析に利用する。N2Oについては、温暖化による大気循環の変化に伴う成層圏・対流圏間交換の変動や、成層圏オゾンの減少によるN2O光解離への影響について、感度実験・解析により詳しく検討していく。これまでに実施してきているOH全球分布変動のさらなる分離・定量化を実施し、気象場における雲などの各種OH変動要因の寄与を推定する。
アズキ萎ちょう病菌の体細胞和合性群間類縁に関する研究

発病調査の結果、これまで発生が確認されていなかった北海道北部の美深町からも本菌が分離され、その体細胞和合性群は0020HUとされた本菌の80%以上を占める群に属することが明らかになった。これまでの結果をまとめると、体細胞和合性群による分類では、アズキ萎ちょう病菌は単独の和合性群を含む6群と、この中の両群に属する橋渡し的1群、さらに自己不和合性群に分けられる。そこで、それぞれの群の代表菌株、Fusarium oxysporumの他の分化型の菌株、さらにアズキに対し非病原性の菌株について、ミトコンドリア小RNA遺伝子(srDNA)、ミトコンドリア大RNA遺伝子(1rDNA)内の部分、あるいは核内リボソームRNA反復ユニット内部のスペーサー領域(ITS)をPCR法により増幅することで比較した。ITSについては萎ちょう病菌13菌株、他の分化型13菌株、他種のFusarium属菌4菌株、非病原性菌株48菌株で増幅産物の大きさは同一であり、各種制限酵素による断片長も同じであることから、この領域はFusarium属菌に共通であり、よく保存されている領域であることが明らかになった。また、1rDNAの部分についても同様の結果であった。srDNAの部分については、非病原性菌株の中に萎ちょう病菌と異なる増幅産物が得られる菌株が認められた。ただ、萎ちょう病菌と同様の増幅産物が得られた菌株もあり、その分離頻度についてさらに検討する必要があると考えられた。次に、アズキ萎ちょう病菌で得られた増幅産物をPCR法によりジゴキシゲニン標識し、これをプローブとしてサザンブロットハイブリダイゼーションを行い、RFLP分析を行っている。制限酵素PstIによる分解では萎ちょう病菌は同一のパターンを示した。現在、このほか5種の制限酵素を用いて検討中である。
ナノ構造体による準単色陽子ビームの生成とコンパクト中性子源の開発

各国の研究機関において、将来の様々な医療・産業応用を視野に入れた、超高強度レーザーを使ったプロトンビーム生成の研究がしのぎを削って展開されている。本申請者は、カーボンナノチューブ内に水素化合物を内挿した構造体に超高強度・超短パルスレーザーを照射することで高品質のプロトンビームが生成されるイオン加速方式「ナノチューブ加速器」を提案した。これとは別に、構成物質の配合を最適化させた球状ナノクラスターのクーロン爆発によって単色プロトンを生成できる事を見出した。今後、理論・シミュレーションと実験の手法を用い、これらナノ構造ターゲットを使ったプロトンビーム生成の最適化を図ると共に、そのプロトンビームを使ったコンパクトな中性子源の開発を目指す。最近、本申請者によって発見された「マイクロバブル爆縮」の概念(Sci. Rep. 8 (2018) 7537, M. Murakami et al.)によって、これまで人類が達成した物質の圧縮密度や電場をさらに3桁程度凌駕し、一気にSchiwinger極限に接近できる可能性が出てきた。これが実現されれば現代物理学へのインパクトは極めて大きいと期待される。本共同研究は、このマイクロバブル爆縮によるSchwinger極限へのアプローチという挑戦的な目標を如何に原理実証できるか、というチャレンジングな目標を掲げるものである。また、本申請における相手先研究機関(ELI)は、世界最大・世界最高峰の欧州共同体所轄のレーザー施設であり、今回の国際共同研究を機に、大阪大学と同機関とが提携し今後の共同研究体制の構築を図ってゆくことが中長期的な狙いでもある。超高強度レーザーと物質との相互作用に関する物理の研究を拠点研究機関としてオールジャパンの体制で継続して行って来た。本計画が含む「マイクロバブル爆縮による超相対論領域物理の開拓」の大半の基盤物理は、これまで我々が研究して来た内容と共通しており、長年培って来た物理的知見と実験ノウハウという観点から、本計画の遂行に支障はない。研究代表者が研究計画全般を指揮している。共同研究者である余語、有川等と共に、欧州超高強度レーザー施設(ELI)と合同で実験を行っている。院生も数名、実験・解析などに参画しており概ね順調に進んでいる。「ナノプロトン砲」と命名した新構想ターゲットの構築が順調に進んでいる。中空のナノスケール球殻の一部に射出口を持たせたナノ構造体であり、この構造を使うことにより、内部に充填された水素化合物のプロトン成分が指向性を持ってビーム状に加速されることがわかっている。加速されるプロトンを全体的にビームとして得るためには、ナノチューブの軸の方向やナノ球の射出口の方向を、統一配向させて製作する必要がある。したがって今後、こうしたナノ構造体の現実的応用を図る必要性から、高精度のナノファブリケーション技術開発というテーマで産学連携を同時に推進してゆく計画である。クーロン爆発によるイオン加速は物理機構が明確であり、単色化も比較的容易であることから、実用化に最も近い手法である。平成29年度の研究実績としては、クラスター中に電離度と質量数が異なる二種の異なるイオンが一定比で混在すると、軽いイオンの準単色化(等エネルギー)が可能であることを理論的に導き、これを数値実験で実証した。その理想的な配合比として水分子が近い値を持っていることを突き止め、直径100ナノメートル程度の水クラスター噴霧装置を使った実験を模擬した数値実験を行なった。その結果、エネルギーが数メガ電子ボルト付近にシャープな分布を持つプロトンを得ることに成功した。これは通常の平板ターゲットでは決して得られないエネルギースペクトルである。重元素のドープ量を変化させると、予備計算から、プロトンのエネルギースペクトルは次第に単色化していくことがわかった。さらに、ナノクラスターの構成物質の組み合わせを探索し、加速される軽元素(プロトン)の単色率を計測した。当初計画では、2種混合のイオンのクラスターに関してのクーロン爆発パフォーマンスを定量的に調べることを設定していた。初年度である平成29年度には、レーザー(強度、パルス幅)と物質の組み合わせ、そしてターゲット構造(半径、初期密度、軽重イオンの混合比など)の最適化を、理論とシミュレーション(分子動力学法に基づいた3次元計算)によって行った。したがって当初予定の目標をほぼクリアしタコとになる。

本共同研究は、このマイクロバブル爆縮によるSchwinger極限へのアプローチという挑戦的な目標を如何に原理実証できるか、というチャレンジングな目標を掲げるものである。また、本申請における相手先研究機関(ELI)は、世界最大・世界最高峰の欧州共同体所轄のレーザー施設であり、今回の国際共同研究を機に、大阪大学と同機関とが提携し今後の共同研究体制の構築を図ってゆくことが中長期的な狙いでもある。超高強度レーザーと物質との相互作用に関する物理の研究を拠点研究機関としてオールジャパンの体制で継続して行って来た。本計画が含む「マイクロバブル爆縮による超相対論領域物理の開拓」の大半の基盤物理は、これまで我々が研究して来た内容と共通しており、長年培って来た物理的知見と実験ノウハウという観点から、本計画の遂行に支障はない。研究代表者が研究計画全般を指揮している。共同研究者である余語、有川等と共に、欧州超高強度レーザー施設(ELI)と合同で実験を行っている。院生も数名、実験・解析などに参画しており概ね順調に進んでいる。レーザーとナノ構造体の相互作用で出てくるMeV級のエネルギーを持つプロトンをリチウムやベリリウムに入射させ核反応を起こす。その結果生成される中性子の生成効率を最大にすべく、理論・シミュレーションによりナノ構造体の半径・密度、あるいはレーザー条件(強度やパルス幅)の最適な組み合わせを計算する。「ナノプロトン砲」と命名した新構想ターゲットの構築が順調に進んでいる。中空のナノスケール球殻の一部に射出口を持たせたナノ構造体であり、この構造を使うことにより、内部に充填された水素化合物のプロトン成分が指向性を持ってビーム状に加速されることがわかっている。加速されるプロトンを全体的にビームとして得るためには、ナノチューブの軸の方向やナノ球の射出口の方向を、統一配向させて製作する必要がある。したがって今後、こうしたナノ構造体の現実的応用を図る必要性から、高精度のナノファブリケーション技術開発というテーマで産学連携を同時に推進してゆく計画である。
高解像度1分子観察を可能にするケミカルプローブの開発

2光子励起で活1生化できるケージドルシフェリンの開発を目指し,以下の研究を行った。(1)Bmc基およびBhc基をホタルルシフェリン(fLuc)の4位のカルボキシル基にエステル型で導入した新規ケージドルシフェリン,Bmc-fLuciferin(Bmc-fLuc),および,Bhc-fLuciferin(Bhc-fLuc)を合成した。(2)Bmc-fLucの1光子励起条件下における光化学的性質を明らかにした。350nm光照射によるBmc-fLucの光分解の結果,fLucの生成を確認した。(3)740nmの2光子励起条件下でのBmc-fLucの光分解においても,fLucの生成を確認した。このときの光分解効率(uncaging action cross-section)は0.77GMで,生細胞または組織サンプルに対する2光子励起実験に用いるのに十分な大きさであることも明らかにした。細胞内で形成される過渡的複合体の時空間動態を高解像度で制御する方法の確立を目指した。光分解性保護基であるBhcmoc基をPTX側鎖の2'-ヒドロキシ基に導入した2'-Bhcmoc-PTX,および,その7-メトキシ誘導体2'-Bmcmoc-PTXの合成に成功した。合成した候補化合物について,生理的条件を模倣した緩衝溶液中の光反応性を比較した。いずれの化合物も350nm光照射でPTXを放出すること,また,光分解効率は2-ニトロベンジル型ケージド化合物の典型的な光反応効率より5倍程度高いことを明らかにした。さらに,2'-Bhcmoc-PTXを加えても微小管形成には全く影響がないこと、光照射によってチューブリンの重合を安定化することを確認した。同様にして,アラキドン酸のケージド化合物を設計・合成し,DGKの細胞内動態を光制御可能であることを明らかにした。過渡的複合体を細胞,組織および個体レベルで,高解像度で観測するためのケミカルプローブの開発を目指して以下2項目の研究を行った。(1)超解像度顕微鏡で用いるための新しいケージドフルオロフォアの開発:PALM観察で用いられる光活性化蛍光タンパク質には,サイズが大きい,色が限られている等の制限がある。低分子量有機蛍光色素を用いることができれば,PALMの適用範囲は大きく広がる。そこで,我々のグループで開発した光分解性保護基であるBhc基を用いて,生細胞内で任意のタンパク質をラベル化可能な,新しいケージドフルオロフォアの開発を目指して研究を行った。今年度は,xanthene系蛍光色素としてフルオレセイン(黄緑色蛍光)を選び,Bhcケージド化合物への変換を検討し,Bhcmoc-caged fluorescein (1)を合成した。Bhcmoc-caged fluoresceinは,338nmに吸収極大(ε=21,000M^<-1>cm^<-1>)を持ち,生理的条件を模した緩衝溶液中,350nm光照射によって定量的にpropargyl fluorescein (2)を生成することを明らかにした。このときの光反応効率はΦε=500で,2-ニトロベンジル基を持つケージド化合物より10倍程度効率が高いことも分かった.また,化合物1の蛍光強度は,化合物2の1%以下であることも確認した。(2)高解像度in vivoイメージングを実現するケミカルプローブの開発:高い効率で2光子励起できるケージドホタルルシフェリンを開発し,生物発光による個体イメージングで3次元の空間分解能を得る新しいイメージング法に展開することを目指した。今年度は,ホタルルシフェリンの4位のカルボキシル基をBhc基またはBmc基で保護して,Bhc-fLuciferin (Bhc-fLuc)およびBmc-fLucferin (Bmc-fLuc)をそれぞれ合成した。350nm光照射でBmc-fLucからfLucが生成することを確認した。また,Ti-Sapphireレーザーを用いて2光子励起条件で光反応したところ,740nm光照射におけるactioncross-section, δ_u=0.7GMの効率で光分解することも明らかにした。

合成した候補化合物について,生理的条件を模倣した緩衝溶液中の光反応性を比較した。いずれの化合物も350nm光照射でPTXを放出すること,また,光分解効率は2-ニトロベンジル型ケージド化合物の典型的な光反応効率より5倍程度高いことを明らかにした。さらに,2'-Bhcmoc-PTXを加えても微小管形成には全く影響がないこと、光照射によってチューブリンの重合を安定化することを確認した。同様にして,アラキドン酸のケージド化合物を設計・合成し,DGKの細胞内動態を光制御可能であることを明らかにした。