hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発熱・吸熱反応を伴う粒子充てん層内の熱および物質伝達

本研究は,主に吸着式冷凍サイクルの吸着剤熱交換器を対象として,発熱・吸熱反応を伴う粒子充てん層内の熱および物質移動の一般的な特性を明らかにし,その予測モデルを確立することを目的としている.ゼオライト13XおよびシリカゲルAの水蒸気吸着粒子充てん層における吸着過程の実験と有効熱伝導率の測定を行うとともに,物理モデルに基づく数値解析を行って,以下の成果を得た.1.吸着速度は,層厚さが厚いほど低下する.また,吸着速度の大きいゼオライトでは,粒子径が小さい場合に,吸着速度の低下がみられる.これらの吸着速度の低下は,主に層内の熱伝導の抵抗によるが,吸着初期段階では,粒子間の物質移動の抵抗も無視できない.単位伝熱面積あたりの吸着量は,反応開始後の長い時間にわたって,比較的厚い層で最大となる.これは,吸着速度は幾分小さいが,充てん量が多いことによる.粒子を接着剤で成形した結合層の吸着速度は、粒子層と比べて,層の有効熱伝導率の増大により,過程後半部で改善される.吸着量の時間変化を無次元表示することにより,粒子径,層厚さおよび粒子層と結合層の違いによらず1本の曲線で表すことができる.2.吸着剤粒子充てん層の有効熱伝導率は,吸着に伴う粒子の熱伝導率の変化を考慮して,HayashiらおよびBauer-Schlunderのモデルで比較的良く予測できる.3.フィン面上のゼオライト結合層における吸着速度は,フィン内の熱伝導を層内のフィン高さ方向に生じる吸着速度の分布を連成して解くことにより,定量的に予測できる.4.関与する種々の要素過程を考慮した詳細な物理モデルを構築して,数値計算を行った.その結果,本モデルは実験データの示す傾向を良く再現しており,一般に吸着剤粒子充てん層の熱および物質移動の特性を定量的に評価できるものと考えられる.本研究は,主に吸着式冷凍サイクルの吸着剤熱交換器を対象として,発熱・吸熱反応を伴う粒子充てん層内の熱および物質移動の一般的な特性を明らかにし,その予測モデルを確立することを目的としている.ゼオライト13XおよびシリカゲルAの水蒸気吸着粒子充てん層における吸着過程の実験と有効熱伝導率の測定を行うとともに,物理モデルに基づく数値解析を行って,以下の成果を得た.1.吸着速度は,層厚さが厚いほど低下する.また,吸着速度の大きいゼオライトでは,粒子径が小さい場合に,吸着速度の低下がみられる.これらの吸着速度の低下は,主に層内の熱伝導の抵抗によるが,吸着初期段階では,粒子間の物質移動の抵抗も無視できない.単位伝熱面積あたりの吸着量は,反応開始後の長い時間にわたって,比較的厚い層で最大となる.これは,吸着速度は幾分小さいが,充てん量が多いことによる.粒子を接着剤で成形した結合層の吸着速度は、粒子層と比べて,層の有効熱伝導率の増大により,過程後半部で改善される.吸着量の時間変化を無次元表示することにより,粒子径,層厚さおよび粒子層と結合層の違いによらず1本の曲線で表すことができる.2.吸着剤粒子充てん層の有効熱伝導率は,吸着に伴う粒子の熱伝導率の変化を考慮して,HayashiらおよびBauer-Schlunderのモデルで比較的良く予測できる.3.フィン面上のゼオライト結合層における吸着速度は,フィン内の熱伝導を層内のフィン高さ方向に生じる吸着速度の分布を連成して解くことにより,定量的に予測できる.4.関与する種々の要素過程を考慮した詳細な物理モデルを構築して,数値計算を行った.その結果,本モデルは実験データの示す傾向を良く再現しており,一般に吸着剤粒子充てん層の熱および物質移動の特性を定量的に評価できるものと考えられる.本研究は,発熱・吸熱反応を伴う2種類の物質の可逆反応を利用して外部熱源との熱交換を行う熱圧縮式ヒートポンプ・冷凍機システムの反応器を対象として,発熱・吸熱反応を伴う粒子充てん層内の熱および物質伝達の一般的な特性を明らかにするとともに,その予測方法(予測モデル)を確立することを目的としている.本年度は,吸着剤ゼオライト13Xの充てん層内の水蒸気吸着反応に関する実験を行って,以下の成果を得た.1.吸着反応速度に及ぼす充てん層有効熱伝導率の影響を検討するために,吸着剤粒子を樹脂でプレート状に成形した形式の充てん層を製作して,粒子を単純にしきつめた形式の層の場合と比較した.下記2.のように,プレート状充てん層の有効熱伝導率は,しきつめ形式の充てん層の210倍程度の大きい値が得られ,この結果,プレート状充てん層における吸着速度は,しきつめ形式の充てん層より,2025%程度大きい値を示した.2.充てん層の有効熱伝導率を測定した.充てん層有効熱伝導率は,さほど温度の影響は受けないが,圧力の影響を強く受け,100mmHg以下の圧力では,圧力の低下とともに急激に低下する傾向を示した.したがって,上記1.で述べたプレート状充てん層の有効熱伝導率のしきつめ充てん層に対する増大の割合は,圧力が低いほど大きく,これが,吸着速度の差異に,大きい影響を及ぼしているものと考えられる.3.吸着速度に及ぼす水蒸気の圧力変化の影響を検討するために,水蒸気蒸発器の蒸発能力を変えた実験を行って比較した結果,蒸発能力が高い場合ほど大きい吸着速度が得られ,蒸発器能力の吸着速度に及ぼす影響が大きいことが確認された.次年度は,本年度得られた実験データに基づいて,熱および物質伝達に関する予測方法を検討する予定である.

本研究は,発熱・吸熱反応を伴う粒子充てん層内の熱および物質伝達の一般的な特性を明らかにするとともに,その予測モデルを確立することを目的としている.本年度は,吸着剤ゼオライト13X/水蒸気系について,吸着反応の追加実験を行うとともに,新たに脱着反応に関する実験を行って,以下の成果を得た.1.蒸発器の能力の制限を受けない条件で粒子径および層厚さを変えた吸着反応の実験を行い,吸着反応速度は,粒子径が小さいほどまた層厚さが厚いほど低下することを確認した.2.粒子径が小さい場合あるいは層が厚い場合の充てん層では,吸着反応開始直後から比較的長い時間にわたって,水蒸気流動方向に大きい圧力差が生じている.3.上記2.の結果も含めて,吸着反応を妨げる層の熱伝導の抵抗および物質(水蒸気)伝達の抵抗の影響を検討し,吸着速度の大きい反応初期段階では.層の熱伝導の抵抗に加えて浸透の抵抗も無視できないことを明らかにした.4.吸着剤粒子を接着剤で固めて成形した結合層の吸着反応は,通常の粒子層と比べて,反応後半部では層の有効熱伝導率の増大により改善されるが,反応前半部では浸透の抵抗の増大のため改善されないことを明らかにした.5.脱着反応においても,吸着反応と同様,粒子径が小さく層厚さが厚いほど,反応速度は低下する.6.吸着量の経時変化を無次元表示することにより,脱着吸反応,粒子径,層厚さおよび粒子層と結合層の違いによらず1本の曲線で表すことができる.7.本研究で得た吸着および脱着反応に関する実験データは,吸着剤粒子充てん層内の熱および物質伝達に関する理論解析を行う際の基礎的かつ有用なデータとなる.
ナノカーボンへの高濃度ドープ手法の開発と薄膜・エネルギーデバイス応用

平成25年度実施研究内容1)ホウ素、窒素および両元素を同時にドープしたグラフェンのモデル作製と電気化学評価ホウ素および窒素、またはその両方をドープしたグラフェンの詳細な構造を解析しモデルを提案した。ドープを施したグラフェンを電気二重層キャパシタの電極材料として用いた場合、表面積に変化が無いにも関わらず4倍以上の容量向上を示すことを明らかにした。これまでドープを施したグラフェンにおいて多くの報告があるが、十分な構造解析を行っている例はわずかであるため、本結果によりドーパントの存在形態およびドープ効果について理解が進んだ。2)ホウ素ドープグラフェンの表面増強ラマン散乱基板としての可能性高温熱処理によってホウ素ドープグラフェンの作製およびドープ濃度の制御を行った。グラフェンは再現性の高さから表面増強Raman散乱(SERS)の基板として検討されているが、増強効果が既存の基板に比べて低い。ホウ素をドープしたグラフェンを用いて色素分子のRaman散乱を測定した結果、Raman散乱が顕著になり4倍の強度を示した。増強効果の発現はホウ素が導入に由来する局所的な電荷移動と考えているが、さらなる検討が必要である。3)異種元素を用いた高濃度ドープCNTの作製:カーボンナノチューブ(CNT)に対して大気中真空紫外線処理を施すとCNTの側壁に酸素が導入される。酸素を導入したCNTに対して窒素プラズマを照射することにより多くの窒素を導入できた。この窒素は比較的安定であり高温にて脱離するため、窒素の脱離による空孔を利用したホウ素ドープの高濃度化に成功した。高濃度にホウ素をドープしたCNTはドープ前の1/8と低い抵抗値を示した。(抄録なし)本年度の研究では、1)異種元素を高濃度ドープしたグラフェンの電気化学特性評価、2)ホウ素をドープした金属/半導体ナノチューブの電気伝導特性評価を行った。1.異種元素を高濃度ドープしたグラグラフェングラファイトをHummer法により酸化・剥離し、多くの酸素を含有する酸化グラフェン(GO)を調製した。このGOに対し、窒素プラズマ及びホウ素の熱拡散による窒素ドープ、ホウ素ドープ、窒素ホウ素共ドープを行った。窒素ドープグラフェンは1%の窒素を含み、ホウ素ドープグラフェンは12%のホウ素を含んでおり、共ドープを試みた所、窒素とホウ素を併せて34%のドープに成功した。電気化学特性評価を行った所、硫酸水溶液中での電気二重層キャパシタ特性はドープにより4倍に向上した。XPSによる化学結合状態解析から、低温で熱処理を施したグラフェンでは異種元素がエッジ部に酸素と共に存在しており、BCOやBNO構造がキャパシタ特性向上への寄与が大きいことと共に、エッジにおけるドープの重要性が示唆された。2.ホウ素をドープした金属/半導体ナノチューブの電気伝導性特性評価半導体/金属分離が施された単層カーボンナノチューブ(CNT)に対してホウ素ドープを施し,電気伝導性との相関を明らかにした。ホウ素ドープを施した半導体CNTでは,ドープ量の向上に伴う電気伝導性の向上が確認された.抵抗率は最大でドープ前の1/50に低減され,ホウ素による不純物準位の形成およびFermi準位の低下の作用によることが示唆された。これに対し,ホウ素ドープを施した金属CNTでは,電気伝導メカニズムは金属に近づいているものの電気伝導性は低下した。これは結合距離の異なるホウ素-炭素結合の導入によることが示唆された。以上よりCNTでは半導体性/金属性によってホウ素ドープの効果が変化することを明らかにした。グラフェンを基本とした系に窒素・ホウ素を添加することによる電気二重層キャパシタ特性の向上に成功した。窒素・ホウ素に対しては十分に安定なドーピングを行うことが出来たが、硫黄、リンにおいてはドーピング手法の安定化が十分でなく、構造解析も不十分となっている。

窒素・ホウ素を用いたドーピングでは、プラズマおよび熱拡散を併用することにより高濃度ドーピングが達成できた。次は硫黄やリンをグラフェンおよびカーボンナノチューブの格子中に添加することによる機能化を図る。硫黄やリンを含有した炭素材料の構造解析の報告は少なく、高分解能透過型電子顕微鏡観察中における詳細な構造解析を行うことにより、ドーピング形態の解析を行う。硫黄、リンの各元素が単元素で不安定であれば、窒素やホウ素を併用することにより安定化を図る。またエッジにおけるドーピングの有用性が示唆されたため、エッジへの選択的ドーピングについても実験を進める。(抄録なし)
妊娠期の足趾形態変化と足趾把持トレーニングの関係

本研究は1転倒歴と足趾機能、姿勢制御能力との関連性、2足趾把持トレーニングの姿勢制御改善効果を明らかにすることを目的として実施した。実験1では、転倒群では腹囲の増加率が著しい増加が確認され、安定性面積の著しい減少が確認できた。転倒群は足趾機能との関連性はなく、身体図式の認識の欠如が影響するものと推察された。実験2では、介入として重心移動を伴うスクワットを10週間毎日実施するよう被験者に指示した。介入後、安定性面積の有意な増加と、後方、左右方向の矩形面積の有意な減少が確認され姿勢制御能力改善に有効であることが証明された。本研究は、転倒歴と足趾機能、姿勢制御能力との関連性を明らかにすることを目的とする。研究は、平成26年度から27年度にかけて実験1妊娠期における足趾形状、姿勢制御能力と転倒との関連性を実施し、平成28年度においては実験2妊娠期での転倒予防に対する足趾把持トレーニングの効果検証とする。平成26年度は、研究協力者が所属するよしかた産婦人科に受診している2030代の妊婦42名を対象に以下の計測を行った。計測は、経時的変化を捉えるため妊娠末期に行う転倒調査を除き、各計測妊娠中期、末期の計2回行い、計測項目は、1フットプリンタによる足趾形状計測、2重心動揺計を用いた姿勢制御計測、3足趾筋力測定器を用いての足趾把持力測定、4アンケートによる妊娠期における転倒調査の4つ実施した。妊娠末期では重心動揺計による矩形面積において前方矩形面積の有意な増加とIPS(姿勢安定度指標)の有意な低下がみられ前方に対する姿勢制御の低下が確認できた。また前方姿勢制御に関連するといわれる体重に対する足趾の相対筋力を見ると低下している傾向が確認できた。フットプリンタによる足趾形状計測については分析中であり、転倒調査については回収が20通となっており、継続して回収していく。本研究は転倒歴と足趾機能、姿勢制御能力との関連性を明らかにすることを目的とする。研究は、平成26年度から27年度にかけて実験1妊娠期における足趾機能、姿勢制御能力と転倒との関連性を実施し、平成28年度においては実験2妊娠期での転倒予防に対するトレーニング介入の効果検証とする。平成27年度では、26年度から継続して1フットプリンタによる足趾形状計測、2重心動揺計を用いての姿勢制御能力計測、3足趾把持力計測、4アンケートによる転倒調査について妊婦83名を計測した。妊娠末期において静止立位時での矩形面積が有意に増加し、安定性面積、安定域前後径、前方移動量が減少していた。転倒アンケートからは10名の転倒経験者が確認でき、転倒経験者は、非転倒者と比べ、体重と腹囲は小さいが腹囲・体重の増加率が大きい傾向にあった。また矩形面積を見ると後方と左方で有意に増加を示し、後方に重心が移動しやすい立ち上がり-しゃがみ動作や片脚立位、歩行時での単脚期において転倒の危険性があることが示唆された。足趾との姿勢制御の関連については、妊娠時期、転倒経験の有無においても相関がみられなかった。当初の計画では、平成27年度中に100名の計測を予定していたが、83名の計測で若干予定から遅れているがおおむね順調である。本研究は、転倒歴と足趾機能、姿勢制御能力との関連性、転倒予防に対して足趾把持トレーニングがもたらす影響を明らかにすることを目的とした。研究は、平成2628年度途中においては実験1妊娠期における足趾形状、姿勢制御能力と転倒との関連性を行い、平成28年度途中から実験2妊娠期での転倒予防に対する介入トレーニング検証を行った。実験1については、1フットプリンターによる足趾形状計測、2重心動揺計を用いた姿勢制御能力計測、3アンケートによる転倒調査について脱落者を除き82名の被験者が参加した。妊娠経過とともに安定域面積は有意に減少していた。各方向の矩形面積では、前方を除いて各方向での矩形面積が有意に増加していた。転倒者の割合は、被験者数82名中転倒経験者は10名で転倒発生率は12%であった。転倒群では妊娠中期から末期にかけて腹囲の増加率が非転倒群の6.8%増に対して10.2%増と著しい増加が確認され、安定性面積は非転倒群の0.4%減に対し転倒群では12%減と著しい減少を示していた。足趾と姿勢制御の関連性については、妊娠時期、転倒経験の有無においても相関がなく、転倒者では急激な腹囲の増加により変位した重心位置を含めた身体図式の認識が欠如していることが考えられた。実験2では、足趾筋力が妊娠期の姿勢に影響していなかったことから、増加する体重と変位する重心位置を意識させる重心移動を伴ったスクワット動作に変更した。介入頻度は、スクワットを10回2セット2回を毎日、24週から34週までの10週間実施した。介入効果を見るために20名を運動介入の対象とし、対照群として運動を行わない妊婦の姿勢制御変化と比較した。妊娠経過において介入群では、安定性面積が有意に増加し、矩形面積も中央を除き、有意に減少した。妊娠期の姿勢制御の維持、改善には重心移動を伴うスクワットは有用であることがわかった。本研究は1転倒歴と足趾機能、姿勢制御能力との関連性、2足趾把持トレーニングの姿勢

制御改善効果を明らかにすることを目的として実施した。実験1では、転倒群では腹囲の増加率が著しい増加が確認され、安定性面積の著しい減少が確認できた。転倒群は足趾機能との関連性はなく、身体図式の認識の欠如が影響するものと推察された。実験2では、介入として重心移動を伴うスクワットを10週間毎日実施するよう被験者に指示した。介入後、安定性面積の有意な増加と、後方、左右方向の矩形面積の有意な減少が確認され姿勢制御能力改善に有効であることが証明された。当初平成26年度中に50名計測し、平成27年度50名計測の計画であった。計測が6月末からスタートし、3月までの9か月で42名計測できていたことは、おおむね順調に進行していると思われる。平成28年度の介入研究は20名を対象に、6月中に開始し28年度中に終了する予定である。基礎理学療法、ウイメンズヘルス平成27年度においても継続して妊娠期における足趾形状、姿勢制御能力と転倒との関連性の検証を行う。予定では、12月までに100名分計測し、実験2である1月からは妊娠期での転倒予防に対する足趾把持トレーニングの効果検証が進められるよう研究計画の調整を今年度前半で行っていく。当初、被験者数の増加を見越して前倒し請求をしたが、年度後半になって見込んでいた被験者数減少したため、さらなる計測に関する移動料金、謝礼が発生しなかった。このため次年度使用額が生じていた。次年度において、継続して残り被験者68名分計測する予定である。次年度使用額と残額合わせて使用する。使用用途は計測のための旅費と謝礼となる。
高秩序化基板表面による神経幹細胞の分化・増殖制御とその機構解明および神経回路構築

神経幹細胞は、自己増殖能を持ち、神経細胞およびグリア細胞に分化することができる細胞である。そのため、神経幹細胞は、損傷神経組織の再生を目指した細胞移植のソースとして期待されている。その神経幹細胞の増殖と分化を制御することは、神経組織工学において極めて重要である。我々は、自己組織化プロセスを使用して作製したハニカムフィルムを足場材料として、胎生14日目のマウス胎仔大脳皮質組織から調製した神経幹細胞を培養し、足場表面の規則的微細構造によって神経幹細胞の分化と増殖がどの様に制御されるかについて研究を行った。平膜およびハニカムフィルム上に神経幹細胞を播種し、培養5日後、細胞形態を観察した。平膜および孔径10μmのハニカムフィルム上では、神経幹細胞は神経細胞に分化し、神経突起を伸展させた。孔径10μmのハニカムフィルム上においては、ハニカムパターンに沿って神経突起が伸展した。一方、ザブセルラーサイズ(孔径3μm)のハニカムフィルム上においてスフェロイドが観察され、Nestin免疫化学染色およびBrdUラベリングを行った結果、スフェロイドは、Nestin免疫化学染色およびBrdUラベリングに対して陽性を示し、未分化な増殖性の神経幹細胞で構成されていることがわかった。連続動画観察から、未分化な神経幹細胞がハニカムフィルム上で分化が抑制され未分化増殖によってスフェロイドを形成し、さらにスフェロイド同士が凝集して大きなスフェロイドに成長することが明らかになった。また、ハニカムフィルム(孔径3μm)上の全細胞数は、平膜と比べ増加することがわかった。この結果は、神経幹細胞の未分化増殖によるものと考えられる。パターンの孔径変化により、ハニカムフィルムが神経突起のガイドとして働き、神経幹細胞の分化と増殖を制御できることから、神経組織再生のための足場材料として有用であることが示唆された。
透過性細胞を用いた複製および転写におけるクロマチンダイナミクスの解析

本年度はH2A-H2B、H2A.X-H2BおよびH2A.Z-H2B複合体のクロマチンへの取り込み機構をRhIPアッセイにより解析を行なった。RhIPアッセイは透過性細胞のクロマチンに外から加えたヒストン複合体を取り込ませる実験系である。そのためヒストンの取り込みがどのクロマチン領域において起きたのかを解析することができる。さらに、細胞周期を同期させることにより、いつヒストンがクロマチンに取り込まれたのかを解析することが可能である。RhIPアッセイとChIP-seqを組み合わせたRhIP-ChIP-seqによりH2A-H2B、H2A.X-H2BおよびH2A.Z-H2B複合体は弛緩したユークロマチンに取り込まれることが明らかとなった。一方で凝集度の高いヘテロクロマチンはヒストンの取り込みを抑制していることが分かった。これらのことから、クロマチン構造に依存してヒストンの取り込みが起こることが明らかとなった。さらにヘテロクロマチンにヒストンが取り込まれるためには複製にカップルして取り込まれる必要があること、複製依存的に取り込まれるかいなかはヒストンの種類によって決まることを明らかにした。またH2A-H2BとH2A.Z-H2B複合体は複製依存的および非依存的どちらでもクロマチンへ取り込まれ、これらはクロマチンへの取り込みにおいては区別されていないことが分かった。H2A.Zは複製依存的にクロマチンに取り込まれることなく、複製非依存的にのみユークロマチンに取り込まれることが明らかとなった。さらに、H2A.Zは転写開始点周辺のクロマチンに特異的に取り込まれることが分かった。変異体を用いた解析を行い複製依存的なヒストンのクロマチンへの取り込みに必要なアミノ酸の同定にも成功した。3年の研究期間のうち2年が経過したが、上記の様に研究成果があがっている。論文として発表する準備も整っており、当初の計画以上に進んでいる。H2A.Zが転写開始点周辺のクロマチンに集積して、転写を活性化する機構を明らかにするために、H2A.Zヌクレオソームに特異的に結合する因子の解析を行う。現在までにRhIP-ChIP-mass spectrometryを行いH2A.Zヌクレオソームに特異的な因子群の同定に成功している。これらの因子群からH2A.Zによる転写活性化に機能している因子の同定とその機能解析を今後の研究として取り組む。ヒストンタンパク質の取り込みを生化学的に解析するために、以下の実験系の確立を行なった。まず、培養細胞を界面活性剤にて処理した透過性細胞および試験管内再構成したヒストン複合体を準備した。透過性細胞は細胞膜および核膜に孔があいているため、タンパク質のような高分子を外から加えることが可能である。多くの可溶性タンパク質は除かれるが、不溶性のクロマチンは透過性細胞中に残っている。そのため、加えた因子はクロマチンに反応する。本研究は、透過性細胞にヒストン複合体を細胞抽出液とともに添加し、透過性細胞中のクロマチンにヒストン複合体を取り込ませることで、ヒストンの取り込み機構の解析を行う。試験管内再構成したヒストン複合体にはエピトープタグを付加しているため、エピトープタグによる抗体により検出および回収することが可能である。本実験系の有効性をH3.1-H4複合体およびH3.3-H4複合体を用いて確認を行なった。H3.1-H4複合体は複製依存的にクロマチンに取り込まれ、H3.3-H4複合体は複製非依存的にクロマチンに取り込まれる。

免疫染色法およびクロマチン免疫沈降法により確認したところ、本実験系においても上記の取り込み機構は再現されていることが確認できた。本実験系をRhIP(Reconstituted histone complex incorporationinto chromatin of Permeabilized cells)アッセイと呼ぶこととした。そこで、明らかとなっていなかったH2A-H2B、H2A.X-H2BおよびH2A.Z-H2B複合体のクロマチンへの取り込み機構を本実験系により解析を行うことにした。これらの因子を試験管内において再構成することに成功し、解析を進めているところである。現在までにRhIPアッセイの有効性の確認ができ、ヒストンの取り込みを解析する上で非常に有効であることを示すことができた。RhIPアッセイに免疫染色法を組み合わせたRhIP-immunostaining、クロマチン免疫沈降を組み合わせたRhIP-ChIPおよびRhIP-ChIP-seqの手法も一般化することに成功した。さらに、定量的にChIP-seqデータを解析するために、ライブラリーに分子バーコードを付加する方法の確立も行なった。H2A.Zが転写開始点周辺のクロマチンに集積して、転写を活性化する機構を明らかにするために、H2A.Zヌクレオソームに特異的に結合する因子の解析を行う。現在までにRhIP-ChIP-mass spectrometryを行いH2A.Zヌクレオソームに特異的な因子群の同定に成功している。これらの因子群からH2A.Zによる転写活性化に機能している因子の同定とその機能解析を今後の研究として取り組む。RhIPアッセイをもとに、クロマチン構造とヒストンの取り込みの関係性を明らかにする。特にRhIP-ChIP-seqにより、DNA配列レベルでのヒストンの取り込みの解析を行う。また、複製に依存した取り込み機構と依存しない取り込み機構を解析するためにS期に同調した細胞を準備し、RhIPアッセイを行う。
酸素、希ガス、希土類元素分析に基づく彗星中結晶質シリケイトの起源に関する研究

南極大陸「とっつき」エリアから回収された宇宙塵試料のうち、フィルターにより選別された直径40100ミクロンの大きさの宇宙塵から約300個の宇宙塵を採集し、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた表面観察および化学組成分析を行った。これら採集した宇宙塵うち14個の試料について、片面研磨試料を作成し、SEMによる薄片断面の観察、電子顕微鏡(EPMA)による元素分析を行った。その後、2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて、直径約10ミクロン以下の微小領域に対する酸素同位体分析、希土類元素分析を行った。SIMSを用いた分析の測定精度を昨年に比べて向上することに成功し、隕石のデータとの比較・議論が可能となった。また、37個の試料についてはX線回折分析による鉱物同定(XRD回折実験)を行った。今後、EPMA,SIMSを用いた分析および希ガス同位体分析を行っていく予定である。本研究で開発した小型真空炉を既存の希ガス質量分析計に設置し、バックグラウンド、テスト試料の分析を行った。隕石用真空炉に比べて低バックグラウンドを得ることが出来た。現在、SIMSによる酸素同位体分析、希土類元素分析を終えた14個の試料についての希ガス同位体分析が進行中であり、宇宙塵試料から太陽風起源のHeを検出することに成功した。これら希ガス同位体分析の結果も併せて、本研究成果は2007年6月に東京・国立極地研究所で行われる国際学会、「第31回南極隕石シンポジウム」において発表される予定である。今年度は、南極大陸の「くわがた」および「とっつき」エリアから回収された宇宙塵試料のうち、フィルターにより選別された直径40100ミクロンの大きさの宇宙塵から、大気圏突入時の加熱による溶融を経験していない試料を実体顕微鏡を用いて選別した。その後、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた表面観察および化学組成分析を行った。さらに「とっつき」宇宙塵試料についてはX線回折分析による鉱物同定も行った。これらの非破壊分析を行った後、本研究で開発した試料処理方法を用いて片面研磨試料を作成し、電子顕微鏡(EPMA)による元素分析を行った。また、いくつかの試料については、2次イオン質量分析計(SIMS)による酸素同位体分析を行った。これまでに分析を終えた試料にはかんらん石や輝石などを含む物があり、これらの酸素同位体は炭素質コンドライトに含まれる無水珪酸塩に見られる酸素同位体組成と類似していることが判明した。これらの研究成果は2006年3月にアメリカ合衆国・テキサス州で行われる「第37回月惑星会議」において発表される。本研究の最終目的である結晶質シリケイトの起源に関しては、今後に予定している希士類元素分析および希ガス分析の結果をふまえて、総合的に解釈・検討していく必要がある。一方、宇宙塵試料から微量の希ガスを抽出するための小型真空炉を設計・製作した。動作テストを行った結果、2000°Cまで到達することが可能であることが判明し、期待通りの性能が得られた。今後、既存の希ガス質量分析計に設置し、テスト試料の分析を行い、宇宙塵試料の分析を行っていく予定である。
ドラマを教育ツールとする言語発達の研究

本研究は、英語のドラマ・パフォーマンスを行った英語学習者の言語獲得過程について考察することが目的である。「獲得」は、言語知識の「習得」とは異なるプロセスを通る。ドラマの準備段階で、学習者が資料を読んだり、他者と関わりながら「役の自分」の姿を明らかにしていく過程で、媒介する言語が発達することである。視察した教育プログラム、さらに、実証研究を通して、学習者の獲得過程は、言語を学ぶモティベーションにもつながることを実証的に明らかにした。本研究は、英語教育に教育ツールとしてドラマ・パフォーマンスを使い、コミュニケーション能力の育成を目的とした教育開発を目標としている。平成22年度は、人間教育の観点から、他者との関係性の構築およびコミュニケーションの過程を分析していくこと、また、国内外でドラマ教育を視察することが目的であった。教育実践における学習者の英語、学びの質、学びへの姿勢の変化についての質的分析は、その結果の中間報告として、国内の学会および研究会で口頭発表を行い、論文を執筆した(「11.研究発表」参照)。具体的には、筆者らの所属機関が毎年8月に選抜高校生を対象として行っている「学園オリンピック」という行事において、今年度の英語部門のプロジェクトは、筆者らが企画、制作し、研究分担者の1人であるFineが教育実践のリーダーとして、プロジェクトを遂行した。一週間の合宿形式で行われたプロジェクトは、ビデオ録画し、プロジェクトの前後で英語に対する意識調査および英語力のアセスメントを行った。高校生がプロジェクト中に書いたリフレクション・リポートおよびワークシートを加え、全てのデータを統合的に解釈して、2人の高校生のケース・スタディを行った。関係性の構築が、学びの姿勢だけでなく、英語・コミュニケーション・スキルも向上することを実証的に明らかにすることができた。3月には、沖縄とニューヨークでドラマ教育を行っている教育機関を視察した。沖縄では、地域づくりを目的としたドラマ・プロジェクトについて、資料収集とインタビューを行った。4つの村が統合した市の住民が参加し、またドラマの内容に文化や歴史を織り込むことによって、文化の継承および市民の仲間意識の確立を目的とした実践について、ドラマの新たな役割を認識できた。ニューヨークでは、初等・中等教育レベルの生徒のコミュニケーション能力を育成する画期的なプログラムを参与観察することができた。ドラマのスキットを子どもが書き、プロの俳優が本格的な劇場で演ずることで、子ども達の思いをパフォーマンスに投影させるといった斬新な教育方法も、直接関与観察することができた。視察の成果は、次年度の教育開発に活かしていく。本研究は、ドラマ・パフォーマンスを教育ツールとした実践が、学習者の英語、学びの質、学びへの姿勢がどのように変化するかを分析する。その結果、活動の道具として英語を使う教育の意味、コミュニケーション能力の概念、評価の視点を可視化し、人間教育(Lave&Wenger,1999)をめざす英語教育の教育モデルを構築することが目標である。今年度は、ドラマ・パフォーマンス・プロジェクトにおける学習者のプロトコル分析を行い、社会文化的アプローチから、人が活動に参加し、道具を媒介として他者と関わり合うことを通して学びがおこる過程を描き出した。さらに、プロジェクトが提供した多様な活動を通して、媒介する言語が学習者にとってどのような意味をもつのかを質的研究によって考察した。その結果、対話によって媒介する言語から、学習者がより深く多くの意味解釈をしていく、いわば学習者の理解の進化がみられた。学習者が産出する英語を、言語の「習得」ではなく「獲得・収奪」へと視点をシフトして分析し、学習者が覚える英語のセリフが登場人物としての自分のことばに変わっていく過程を、英語・コミュニヶーション能力の伸長という観点から明らかにした。その結果を国際学会および大学紀要に発表した(業績参照)。また、実践面では、4月にアメリカ合衆国のニューヨーク市のドラマ教育の視察によって得られた資料を整理して、新しい視点でのドラマ・パフォーマンスのプログラムを設計した。設計したこれらの複数の案を、教育改革の対象校(東海大学付属第五高校)に提供し、彼らが設定したプロジェクトおよび地域の人々を対象とした教育イベント応用した。本研究は、ドラマ・パフォーマンスを教育ツールとした教育実践が、どのようなコミュニケーション能力を育成するのかを分析・考察することが目的である。平成23年度までの研究成果を基盤に、平成24年度は、チーム内の関係性とアイデンティティの構築、媒介としての英語を使った活動を通して、学習者が主体的に英語を獲得する過程がある教育プログラムの設計を試みた。これまで2年間の研究成果をもとに、平成24年度は具体的には、次の2点の活動を行った。(1)「ドラマ教育」および「レシテーション教育」の視察と分析・ドラマ教育の再考ドラマ・パフォーマンスにおける言語の発達過程について研究し、その観点から、イギリスのバーミンガム大学のアダム・レッジャー氏と面会、彼の授業を参観し、ロンドン大学のセントラル・スクール・オブ・スピーチ・アンド・ドラマの教育を視察した。また、台湾のレシテーション教育の先駆者である彰化市の明正小学校を視察した。それぞれの学校の教育プログラムの目的、教育的意義を分析・考察した。この成果については、大学の研究資料集にまとめる予定である。

(2)ドラマ・プロジェクト、教員研修プログラムの設計および教材の公開および公開ワークショップの企画・実施平成22年度、23年度に口頭発表した国内外の学会では、オーディエンスからプロジェクトおよび教材設計に関する質問が多かった。また、本研究が提案するドラマ・プロジェクトは、目標言語である英語を覚え・使うことを目的とするのではなく、新たな自分、つまり登場人物のアイデンティティを構築していく過程で、媒介とする英語によるコミュニケーション能力を育成するという発想に、オーディエンスの関心が高かった。そこで、本研究が開発したプロジェクトの設計および教材をHPを通して公開し、平成25年度2月に、現職教員対象の公開ワークショップを実施した。今年度は、ドラマ・プロジェクトの設計および実践を通して収集したデータを使って、当初の課題通り、学習者の言語の収奪および言語の質の進化の過程を考察し、論文にまとめることができた。また、2012年3月末から4月にかけて視察したニューヨークのドラマ・プロジェクトを分析し、その応用として、本研究独自のプロジェクト設計を行い、中等教育の改革事業に提供することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。・学習者の収奪,「自分のことば」として英語表現力の確立をめざす教育をしていくために、実用的なドラマ・プロジェクトの設計、および教員が納得できるような実証研究の成果を明示する必要がある。・学習者のライティング・スピーキングなどの評価方法を提示することにより、従来の言語知識の習熟度とはことなる言語・コミュニケーション能力のレベルを可視化することも、今後の課題である。・複数の国際学会で口頭発表をした際、とくにアジア諸国の研究者から、研究資料、教材などを求められたので、最終年度は、論文、教材制作に力を注ぎたい。
ボイラ・熱交換器で発生する大音響騒音の対策法に関する研究

ガスヒータやボイラなどの熱交換器の管群にガスが流れるとカルマン渦が発生し、空力自励音と呼ばれる大音響の騒音が発生する。これは渦と音場の干渉によって生ずるもので従来はバッフル板の挿入により対策していた。しかしながら挿入方法により効果が得られないなどまだ挿入方法が確立したとは言い難い。そこで本研究ではダクト壁を柔軟にすることで共鳴モードが立たないようにして騒音を抑制しようと試み実験を行った。その結果、ある条件で抑制効果が得られることが判明し、柔軟壁の有効性を示した。ボイラ,ガス加熱器などの熱交換器には,ガスタービンの排ガスやボイラ炉からのガスが通るダクトの内部に管群が設置されているため,この管群部をガスが通る際にカルマン渦が発生し,この渦とダクト内の音場の干渉により空力自励音と呼ばれる大音量の騒音が発生することがある.本研究ではこの空力自励音の対策として,ダクトの両側面に伸縮可能なゴム板を取り付けることを試みた.なぜならこれによりダクトへの送風時に自励音が発生したとき,ゴム板が振動することによって流れ直角方向の共鳴モードを抑えられるのではないかと考えたからである.このゴム板の振動がダクト内の自励音にどのような影響を与えるかを実験により明らかにしていくとともに,伸縮によるゴム板の張力の変化が自励音に作用する影響についても検討した.本研究において得られた結果は以下の通りである.1)ゴム板をダクト内側壁に設置することは空力自励音の抑制に効果がある.ただしその効果はゴム板に加わる張力に影響され,張力が大きくなると空力自励音が発生する場合もある.2)ゴム板に加わる張力が大きいほど,ダクト内の音響減衰比ζは小さくなる.3)管群列数が少ないほど,高い張力のゴム板でも空力自励音の抑制が可能となる.4)過去の実験との比較から,ゴム板を設置することでダクト内の音響減衰比ζが大きくなり,空力自励音が抑制されるという推測が成り立つ.5)N=5列以上では,従来の自励音発生予測に反し,吸音材以上の自励音抑制効果が得られた.ボイラ,カス加熱器などの熱交換器では,カルマン渦とダクト内の音場の干渉により空力自励音と呼ばれる大音量の騒音が発生することがある.本研究ではこの空力自励音の発生メカニズムを明らかにし、従来の対策であるバッフル板挿入の対策メカニズムを明確にするとともに、新しい対策として,ダクトの両側面に伸縮可能なゴム板を取り付けることを試みた.なぜならこれによりタクトへの送風時に自励音が発生したとき,ゴム板が振動することによって流れ直角方向の共鳴モードを抑えられるのではないかと考えたからであるこのゴム板の振動がタクト内の自励音にどのような影響を与えるかを実験により明らかにしていくとともに,伸縮によるゴム板の張力の変化が自励音に作用する影響についても検討した.本研究において得られた結果は以下の通りである,1.空力自励音の発生は渦が音場へ与える励振エネルギと音場が有する音響エネルギの大小で決定される。2.バッフル板挿入の対策メカニズムは挿入により渦が音場へ与える励振エネルギが小さくなることが本質てある。3.キャビティを有する複数管群の場合は渦が音場へ与える励振エネルギの総和として考慮する必要がある。4.ゴム板に加わる張力が大きいほど,ダクト内の音響減衰比ζは小さくなる.5.管群列数が少ないほど,高い張力のコム板ても空力自励音の抑制が可能となる.6.過去の実験との比較から,ゴム板を設置することでダクト内の音響減衰比ζが大きくなり,空力自励音が抑制されるという推側が成り立つ.ボイラ,ガス加熱器などの熱交換器では,カルマン渦とダクト内の音場の干渉により空力自励音と呼ばれる大音量の騒音が発生するすることがある.本研究ではこの空力自励音の発生メカニズムを明らかにし、従来の対策であるバッフル板挿入の対策メカニズムを明確にするとともに、新しい対策として,ダクトの両側面に伸縮可能なゴム板を取り付けることを試みた.なぜならこれによりダクトへの送風時に自励音が発生したとき,ゴム板が振動することによって流れ直角方向の共鳴モードを抑えられるのではないかと考えたからである.このゴム板の振動がダクト内の自励音にどのような影響を与えるかを実験により明らかにしていくとともに,伸縮によるゴム板の張力の変化が自励音に作用する影響についても検討した.本研究において得られた結果は以下の通りである.(1)ゴム板をダクト内側壁全面に装着することは自励音の抑制に効果がある.ただしその効果はゴム板に加わる張力に影響され,張力が大きくなると自励音が発生する場合もある.(2)ゴム板に加わる張力が大きいほど,ダクト内の音響減衰比ζは小さくなる.

(3)管群列数が少ないほど,高い張力のゴム板でも自励音の抑制が可能となる.(4)過去の実験との比較から,ゴム板をダクト内壁全面に装着した場合,ダクト内の音響減衰比ζが大きくなり,自励音が抑制されるという推測が成り立つ.(5)N=5列以上では,従来の自励音発生予測に反し,吸音材以上の自励音抑制効果が得られた.(6)高い抑制効果を得るには,ゴム板部が管群部とその下流部に十分な長さで存在することが必要である.(7)過去の実験から得られた自励音予測は,柔軟壁の位置を移動させた場合には利用できない.予定では本年度でダクト壁面に有限なインピーダンスを与え、それが小さい場合自励音が発生しないことを実験的に確認し、インピーダンス値と騒音レベルとの関係を明らかにすることになっていたが、それらがほぼ達成されたため。しかしながら実際に用いる材料については今後の課題として残った。これはH24年度に計画されているので今後実施する。24年度が最終年度であるため、記入しない。実験的に異音が完全に抑制されることが確認でき、また実際に適用する場合の材料選定などを明確にした後には実機に適用可能な振動板取付方法を考案し、ボイラメーカ(例えば三菱重工、川崎重工、バブコック日立、タクマ)に使用していただくよう働きかける。
膵癌オルガノイドを用いたpartialEMTによるクラスター浸潤機序の解明と制御

EMTは癌の浸潤・転移に重要であるとされ、世界的に幅広く研究されているが、実際にはEMTでは説明できない転移、浸潤形式が多く存在する。最近ではEMT後にMETをきたす上皮可塑性が注目されており、これは癌細胞のみでの現象ではなく、癌細胞のエピジェニック調節の変化により起こりうると考えられる。しかしこれを検討した報告はない。癌における表現型可塑性の一端はエピゲノムが担っており、そのエピジェニック調節の変化は微小環境変化が影響していると考えられ、3次元共培養モデルを用いることで癌周囲微小環境の変化と癌細胞の表現型可塑性の関係解明が癌の浸潤・転移機序の解明に寄与し得る。
分子系の多電子理論

中辻博:励起分子の電子状態と化学反応、金属や金属酸化物表面における光触媒反応、金属や重原子を含む化合物の磁気的性質について研究した。具体的には、チタン錯体やクロム錯体、ポルフィリン化合物の励起状態とイオン化状態に関する研究、ニッケルカルボニル錯体や過マンガン酸イオンの光解離反応の研究、高スピン多重項状態の電子論の開発、白金表面におけるCOの光刺激脱離、アルカリ金属表面へのハロゲン分子の吸着に伴う発光・電子放出、銀表面でのエチレンの部分酸化反応などの表面光・触媒反応の研究を行った。岩田末廣:大規模分子軌道計算を実行するために、高速2電子積分近似法の開発を行った。Ar_n+クラスターの構造安定性と電子吸収スペクトルのn依存性を検討した。水クラスターと原子イオンの錯体の構造と反応性を調べた。平尾公彦:MRMP法をポテンシャル曲面・励起状態・凝縮退の系に応用した。また、CASVB法を新規に提案し、化学的概念とMO理論の橋渡しを行った。エテンからデカペンテンまでの励起状態の研究やレチナ-ルの光吸収機構の解明などを行った。田中皓:MRCPAをALCHEMYに導入し、F2やFHなどの小分子のポテンシャル曲線の計算に応用した。銅酸化物超伝導物質の電子構造に関する研究を行った。榊茂好:多核金属錯体の構造・結合性・電子状態・触媒作用について理論的な検討を行った。具体的には、10電子配置を持つ二核錯体、Pt(O)-Pt(O)、Pd(O)-Pd(O)、9電子配置を持つPt(I)-Pt(I)、Pd(I)-Pd(I)錯体などについて系統的な研究を行った。原子価と金属結合性の関連を明らかにするとともに、これらの錯体とオレフィン、アセチレン、ジシレン、π-アリルなどの有機分子との相互作用を検討し、これら二核錯体の有機金属錯体触媒反応への応用を検討した。長村吉洋:電子相関を含む変分波動関数のエネルギーに関する解析的微分法を励起状態の化学反応に応用した。中辻は、励起分子の化学反応のポテンシャルを計算するために提案してきたSAC/SAC-C1法を、より多くの分子に対してその方法を適用できるように、高スピン状態に対する理論の一般化とプログラムの開発を行った。また、SAC-C1法を用いて金属錯体の励起状態やイオン化状態の計算を行い、スペクトルの帰属や光化学反応のメカニズム解析を行った。岩田は、N_2,HC1,CO分子の光電子分光スペクトルに対し、ポテンシャル曲線及びフランク・コンドン因子の計算により、曖昧のない帰属に成功した。FCOラジカルのポテンシャル曲面の計算から、その光吸収スペクトルと光解離過程を明らかにした。また、種々の金属クラスターの構造や光化学反応に対する量子化学計算も行った。更に、非縮重系摂動理論を再導出し、その新たな発展を明確にした。平尾は、基底状態・励起状態を問わず、全核配置について信頼できるポテンシャル面を比較的容易に計算できる新しい電子状態理論(多配置メラー・プレセット(MRMP)法)の開発を行った。そして、このMRMP法をいろいろな化学現象に適用し、理論の精度と有用性を確かめた。

田中は、先にMRSDCIの枠の中でレイリー・シュレディンガーの摂動法を用いた結合電子対近似(CEPA)様の方程式(MRCPA)を導出しているが、更に波動演算子を用いて再定式化し、見通しの良い表現を得た。これによりMRCPA法はsize-consistencyを満たしていることが示された。榊は、ニッケル錯体を用いたCO_2の電気化学的還元反応に対しab-initio M0/SD-C1研究を行い、中間体の構造や反応性を調ベ、反応機構に関する有用な知見も与えた。また、銅(I)錯体の光化学挙動に関しても有益な理論的知見を与えた。長村は、分極関数がさまざまな分子の波動関数に与える影響を調ベた。また、アルキル置換したC_4H_7^+化学種について、種々の構造異性体並びにそれらの間の異性化プロセスのポテンシャル面を理論的に検討した。中辻は、励起分子の化学反応のポテンシャルを計算するために提案してきたSAC/SAC-CI法及びEG-CI法を、より多くの分子に対してその方法を適用できるように高スピン状態(四七重項)に拡張した。これらの方法は、完全解(Full-CI)を非常に精度良く再現することを確かめた。また、SAC-CI法を用いて金属錯体及び表面-分子系の励起状態の計算を行い、スペクトルの帰属や表面光化学反応のメカニズム解析を行った。岩田は、金属と水分子のクラスターM(H_2O)_n,M(H_2O)_n^+(M=Mg,Al,B)に対して、非経験的分子軌道法によって安定構造と水和エネルギーを計算し、金属原子を取り囲む水分子の構造の類似点と相違点を明らかにした。Mg(H_2O)_n^+に対しては、水素脱離反応の配位数依存性を明らかにした。その他、2成分原子クラスターや[(CO_2)_2H_2O]^-の安定構造も理論的に予測した。フルオロトルエンの内部回転ポテンシャル曲線の計算から、実験値と良く一致したエネルギー障壁を得た。また、Ar_n^+の光解離における非断熱過程の理論的記述とそのメカニズム解明にも成功した。平尾は、比較的簡便にポテンシャルエネルギー面を精度良く記述できるMultireference Moeller-Plesset(MRMP)法を開発し、O_3分子やF_2分子のポテンシャル面の計算に適用し、理論の精度と有用性を確かめた。また、非断熱遷移を起こすポテンシャル面間で交差線上での最安定点を決める新しい方法を開発した。田中は、化学反応のポテンシャル面を高精度に計算する多電子理論を発展させる目的で、多参照結合電子対近似(MRCPA)法を発展させてきた。本年度は、このMRCPA法を銅酸化物超伝導物質YBa_2Cu_3O_7の励起状態の電子構造、及びホルムアルデヒドの自動電離状態の計算に応用した。榊は、遷移金属錯体がWoodward-Hoffmann則禁制な2+2カップリング反応を許容にする作用、及び遷移金属錯体によるCO_2の触媒的固定化反応において重要な金属-ヒドリド結合へのCO_2挿入反応について定量的な検討を行った。これらの研究では、遷移状態や中間体の構造を理論的に予測し、電子相関を含めたより定量的な計算方法で活性化エネルギー、反応熱を与えた。長村は、ポテンシャルエネルギー面の解析的微分法を、ピナコール転位反応の機構や芳香族求電子置換反応などに適用することによって、これまで通説となってきた反応機構の妥当性を理論的立場から検証した。中辻は、励起・イオン化分子の電子状態やポテンシャルを計算するために提案したSAC-CI法について、比較的大規模な分子に適用した場合の信頼性・計算精度を検討した。
カルコゲン原子の機能を活かした分子錯体の設計とその物性研究

本研究では、新規の高電導性の電荷移動錯体の開発を目指して、周期律表第16族カルコゲン原子を含む新しいタイプの電子供与体および受容体の分子設計を行っているが、本年度は電子供与体の分野で、種々のペリ位カルコゲン架橋芳香族化合物の開発に成功した。これらの化合物はアントラセン、テトラセンなどのポリアセンを基本骨格とし、ペリ位に環状へテロ環を含む。それ故、強い電子供与能を有し、その大きさが分子骨格およびその骨格中に含まれるヘテロ元素の種類に大きく依存している。これらの化合物は発達したパイ系と強いカルコゲン原子間相互作用のため、固体状態で電導に寄与できる積層カラムの形成が容易になる。更に、その芳香環をアルキル基で修飾することにより、電子供与能の一層の向上と溶解性の改善を図ることが出来、錯形成が容易になる。実際に、これらの化合物は種々の電子受容体と電荷移動錯体を形成し、そのほとんどが高電導性であることが分かった。また、それらの化合物を基質として電解反応を行うことにより、種々のラジカルカチオン塩の作成にも成功した。その中には室温電導度が450Scm^<ー1>と極めて高電導で、金属的な挙動を示すものも含まれている。ラジカルカチオン塩の錯体のX線構造解析により、結晶構造中ではドナ-分子が等間隔で積層カラムを形成し、その分子間ではかなり強いカルコゲン原子の相互作用があることが分かった。今後、本研究で得られた新規分子錯体の詳細な物性の研究と共に、機能材料としての応用の検討を行う積もりである。そして、錯体の構造と機能性の解明より、更に、優れた電導物質の設計を行う要予定である。
第一原理計算による金属クラスターの最安定構造決定と磁性算定

酸化タンタル、酸化バナジウム、酸化ニオブなどのナノクラスターと金属表面や有機物質との反応についても精力的に研究が進められており、比表面積の大きな触媒への応用研究が盛んである。本研究課題ではナノサイエンスの新領域開拓と新しいナノクラスターの創成を目指した、密度汎関数法を用いてTan, TanO, TaOn(n=1-3)の中性、正負にイオン化した状態の安定構造、振動数、電子親和力、イオン化ポテンシャル、結合切断エネルギーを求めた。これらの計算では最安定構造を求めるために、さまざまな初期構造を計算に用いた。振動数解析により複数の異性体を評価した。具体的にはTa2におけるTa-Taの金属結合は電子の増加または減少により強くなることを見いだした。すなわち、驚くべきことに中性のTa2よりもイオン化したTa2の方がTa-Ta間の結合は強く、安定であった。Ta3では中性、イオンともに正三角形の形状が最安定構造であった。カチオンでは正三角形に近い幾何学構造であった。TaOは中性、イオンともに他の酸化タンタルよりも大きな結合切断エネルギーを示した。Ta2OおよびTaO2はC2Vの対称性を持ち、線形形状よりも安定であった。Ta3Oでは中性、イオンともC2Vの対称性をもつ平面構造が安定であった。一方、TaO3は中性(C1)、イオン(C3V)ともに立体構造が安定であった。これらの計算結果を実験結果、以前に発表されている計算結果と比較した。
メタボロミクス手法による植物病理応答の分子基盤の解明

本研究では植物の病原体の進入に対する免疫反応の誘導と代謝調節機構の関係を解明することを目的としている。初年度のメタボローム解析結果から、CMV-Yに対する抵抗性遺伝子RCY1を高発現するシロイヌナズナ(Col::pRCY1#2)の傷害応答が野生型と異なることを見い出した。傷害と病害は密接に関わることが知られているため、傷害刺激による代謝変動と、avirulent pathogen存在下での代謝改変を詳細に調べた。野生型Col-0の傷害応答誘導過程では、サリチル酸の2種類の配糖体(SAGs)の蓄積量が増加することを見出した。この結果は、植物が傷害ストしスを受けたときに予備的に病害抵抗性の活性化に必要なサリチル酸を不活性な形態として蓄積する可能性を示している(Ogawa et al.,2010)。野生型では傷害処理後24時間にSAGsの増加が認められたのに対し、興味深いことに、Col::pRCY1#2では、SAGsレベルの一過的な増加が傷害処理後1時間以内に認められた。また、CMV-Y処理ではSAGレベルの増加が認められなかった。この結果から、植物の防御応答に関係の深いサリチル酸の生産に先立って、サリチル酸の配糖化の制御がavirulent pathogen依存的に誘導されると考えた。遺伝子発現解析により、この代謝物レベルでの観察結果を裏付ける結果が得られた。本研究で得られたメタボロームデータの一部はかずさDNA研究所のメタボロームデータベースMassBase(http://webs2.kazusa.or.jp/massbase/)に登録した。このような病傷害応答に伴う代謝変動の公開メタボロームデータは、関連研究者にとって利用価値の高いデータであると考えられる。「メタボロミクス手法」とは生体成分を網羅的に分析し、遺伝子発現解析と統合することで生体内の代謝変動を一斉に解析する手法を指し、医学、薬学、生物学をはじめとする生命科学分野の全般に応用が期待されている新しい手法である。我々はこの手法を用いて植物免疫応答の誘導機構について調べている。まず、植物が病原体に「感染」する場合と、防御システムを活性化して「抵抗性」になる場合の代謝変動の経時変化を調べた。「抵抗性」になる場合には、感染した領域の細胞が自殺するタイプ(HR抵抗性)と細胞死が起こらないタイプ(ER抵抗性)が知られている。比較の結果、「感染」系統と「HR抵抗性」系統の初期応答(見た目の変化がない状態)は比較的よく似ていた。一方、「HR抵抗性」系統と「ER抵抗性」系統を比較すると、「ER抵抗性」系統は「HR抵抗性」系統とは全く異なる初期応答を示すことが分かった。「ER抵抗性」は、比較的研究が進んでいる「HR抵抗性」とは異なるメカニズムを介して誘導されている可能性が考えられた。そこで、各植物系統の病原体接種前の状態を調べた。その結果、「ER抵抗性」系統は、「感染」系統や「HR抵抗性」系統と比較して、様々な代謝物の蓄積パターンが異なることが分かった。「ER抵抗性」系統では、植物免疫応答との関係が深いサリチル酸(SA)の不活性な形態であるSA配糖体が普通より多く蓄積していた。本年度は、防御関連物質の一種であるSAやその派生物の蓄積パターンに着目することで、植物免疫応答の解析におけるメタボロミクス手法の有効性を実証した。解析過程で得られた「ER抵抗性」系統の特徴的な代謝プロファイルは興味深いものであった。生体成分を網羅的に分析することで、「ER抵抗性」系統のような特殊な植物免疫応答のメカニズムの一端を知ることができた。