hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞膜表面の環境により誘起される分子の三次元構造と認識

細胞膜は細胞と外界をしきる区切りで,主に水に溶けない脂質により形成されている。この脂質成分は均一ではなく,マイクロナノメートル単位の小さな構造単位で複雑に変化して,生命活動に重要なシグナル伝達や物質移動を担っている。親油性化合物は水に溶解することができないため,生体内では細胞膜などに吸着して存在している。すなわち,生体内の親油性化合物は,水溶液としてではなく,細胞膜表面に吸着した膜結合構造として生体分子と反応する。本研究では,この膜界面でおこる反応に対する膜の脂質組成の影響を,熱分析により精査し,自由エネルギーの変化量として定量化することに成功した。本研究では、脂質二重膜環境の違いが脂溶性小分子の構造とタンパク質との分子認識に与える影響を検証する。小分子として脂肪酸、タンパク質に脂肪酸結合タンパク質(FABP3)を用いる。リポソーム相状態の影響を調べる目的で、コレステロール(Chol)の含有量を030 mol%まで変化させたDMPCリポソームにパルミチン酸(C16:0)を担持し、FABP3とC16:0の結合親和性を調べた。Cholを含まないDMPCは無秩序流動相(Ld相)であるが、Chol含有量が増加するに伴い秩序流動相の割合が増え、30%Cholでは秩序流動相(Lo相)のみになる。その結果、結合親和性に対しては影響が小さく、DMPC-Cholの系ではLd/Lo間の相状態選択性はないことが判明した。一方、熱力学パラメータのバランスは大きく変化した。全ての条件でエンタルピー駆動の反応が見られたが、010%までCholの含有量が増えるに従い、リポソームからFABP3への脂肪酸受け渡しによるエントロピー変化が、損失から利得に変わった。Cholを含まないDMPCにおけるエントロピー損失は、柔軟なLd相中で高かった脂肪酸のコンフォメーション自由度が、FABP3への結合・固定化により低下したためと説明できる。CholはリポソームからFABP3への脂肪酸受け渡し反応のエントロピー利得を増やす方向に働いた。この効果は、脂肪酸とCholが1:1のストイキオメトリになるまで増大し、それ以上では変化しなかった。この結果から、DMPC膜中で脂肪酸とCholは1:1の分子間相互作用により自由度の低い状態にあり、FABP3により膜中の脂肪酸が抜き取られることでCholの自由度が高まり、エントロピー利得を生んだものと考察される。今後は、今回得られた熱力学パラメータの変化について、分子構造に基づいた機構解明を目指す。リポソームITC法で得られるΔG値には,脂肪酸ーリポソーム構成脂質間の側方分子間相互作用が摂動として含まれている。リポソームの脂質組成を変えた実験から得られる2つのΔG値の差をとることで,膜内の側方相互作用の影響を得ることができる。この着想に基づき,DMPC,DOPC,eggSMリポソームを用いて,パルミチン酸(C16:0)とFABP3の結合親和性測定をおこない,PCー脂肪酸,SMー脂肪酸相互作用の比較を行った。その結果,DMPCとDOPCでは疎水性領域の長さの違いに関わらず,ほぼ同じ結合親和性と熱力学パラメータが得られた。また,結合エンタルピー項は負の値,結合エントロピー項は正の値が観測され,リポソームからFABP3に脂肪酸が受け渡される反応は,エンタルピー駆動であることが示された。一方,eggSMでは,正の結合エンタルピー項と負の結合エントロピー項が得られ,eggSMリポソームからFABP3に脂肪酸が受け渡されえる反応は,エントロピー駆動であることが判明した。またSM膜では,PC膜に比べて自由エネルギー変化量が約4 kJ小さくなっていた。この結果は,SM膜中ではC16:0とSMの間で秩序だった安定な複合体が形成されており, FABP3がSM膜中のC16:0を引き抜くことで,C16:0ーSM複合体の解消によりSM分子の運動性が上がることを示唆している。さらに,PC膜とSM膜のITC実験の自由エネルギー変化の差から,C16:0ーSM複合体はC16:0ーPC複合体より約4 kJ安定化されていることが判明した。この大きさは水素結合およそ一つ分に相当する。C16:0の-COOH基とSM分子の-NH-基または-OH基の間で形成される水素結合が,より安定なC16:0ーSM複合体の形成に寄与したものと考察される。リポソームITC法により,脂肪酸のと膜脂質の側方相互作用の定量に成功した。コレステロール含有リポソームを用いた等温滴定熱量測定により、FABP3-脂肪酸結合反応における脂質膜の相状態の影響を明らかにできた。

DMPC-Chol二成分系の脂質相状態は、FABP3-脂肪酸結合親和性でなく熱力学パラメータのバランスに影響していたため、熱量測定以外の方法では検出が困難であった。選択した方法論が本研究の目的を達成するために上手く機能した結果と言える。初年度に現象を捉える事ができたため、以降の構造研究がスムーズに展開できると考えている。生体分子化学今後はDMPC二重膜中での脂肪酸の立体構造解析を進める。DMPC-Chol二重膜中に2H/13C標識脂肪酸を添加し、ガラス配向膜試料を用いた四極子相互作用/化学シフト異方性解析により脂肪酸の立体構造変化とFABP3との結合反応の熱力学パラメータ変化の相関を明らかにする。研究開始前から所有していた器具などが利用できたため、資金を節約できた。翌年度に利用する標識体調製に利用する。
量子光学的手法で探る量子縮退した異種原子気体間相互作用

本研究では量子光学的手法を用いて粒子間相互作用を探求することを目的としている。当初の研究計画では原子間相互作用のみを対象としていたが、より多様性に富む分子間、特に極性分子間相互作用をも視野に入れて研究を行うこととした。そこで、昨年度より電気双極子相互作用をする極低温極性分子の生成に挑戦している。本研究では、Stimulated Raman Adiabatic Passage(STIRAP)という現象に着目し、高効率でこのような状態遷移を行うことを計画した。本年度の研究ではその実現可能性に対する基礎研究(予備実験)を行った。以下にその詳細について述べる。(1)最適な中間状態の選定浅く束縛された分子状態から振動基底状態への状態遷移をSTIRAPにより行う際、最も重要なことは、始状態と終状態のどちらに対しても大きな遷移強度を確保できるような中間状態を見つけることである。そこで我々はdepletion spectroscopyと呼ばれる分光を行い、最適な中間状態の遷移強度、遷移周波数を決定した。(2)X^1Σ^+(v"=91)からX^1Σ^+(v"=90)へのSTIRAPによる状態遷移STIRAPを行うには始状態と中間状態、中間状態と終状態を結ぶ周波数の異なる2本のレーザーが必要であるが、STIRAPが位相敏感な現象であるため、これらのレーザーの相対線幅に関して厳しい制約がある。そこで我々は、真空中においた安定な光共振器(Reference Cavity)を用いて外部共振器型半導体レーザーの線幅を30kHz程度まで小さくした狭線幅レーザーを作成した。そしてこの狭線幅レーザーを用いて光会合された分子に対して、X^1Σ^+(v"=91)からX^1Σ^+(v"=90)へのSTIRAPを行い、高効率の振動状態間遷移を実現した。本研究の目的は冷却原子間の衝突相互作用について量子光学的手法を用いて研究する道を開拓することである。当初、本研究では2種のFermi原子(^6Liと^<40>K)を用いることを予定していた。これは、Bose粒子を用いた場合に生じる3体衝突によるロスを回避するためである。しかし、研究を遂行する過程で、このような衝突ロスは3次元光格子中に原子集団を導入することでも回避できることが分かった。そこで、実験をよりスピーディーに行うために、所属研究機関である井上研究室で技術の確立している^<41>Kと^<87>Rb(共にBose粒子)を用いることにした。まず、それぞれの原子種をレーザー冷却するために必要な光学系を作成した。市販の半導体レーザーを用いた外部共振器型半導体レーザーを自作し、さらにその光をTaperedamplifierにより増幅し、レーザー冷却用の光源として用いた。このシステムによりそれぞれ1×10^8個(^<41>K),5×10^8個(^<87>Rb)の原子を捕獲することに成功した。さらに、磁気光学トラップ用の磁場勾配や光の離調、強度を時間的に変化させることで原子集団の密度をそれぞれ1×10^<11>cm^<-3>(41K),5×10^<11>cm^<-3>(^<87>Rb)まで高め、温度を100μK(^<41>K),50μK(^<87>Rb)まで冷却することに成功した。41Kに関して磁気光学トラップ中でここまで冷却した例はこれまでなかったが、所属機関である井上研究室が昨年度開発したノウハウを利用することで研究をスムーズに遂行することが出来た。このような、高密度、低温の原子集団を一箇所に捕獲すると、光会合により浅い束縛状態の異核二原子分子を生成することが出来る。そこで、光会合用のレーザーを照射することで分子を生成し、高感度の検出であるMulti Channel Plateとパルスレーザーを用いたイオン化検出により生成された分子を検出することに成功した。本研究の主題である衝突相互作用の研究のベースとなるのは詳細な原子間ポテンシャルの様子である。光会合とイオン化検出を用いた分光により原子間ポテンシャルの様子を浮き彫りにすることが出来るが、本年度の研究では、その予備的な実験データを集めることまで成功した。STIRAPを行うには始状態と中間状態、中間状態と終状態を結ぶ周波数の異なる2本のレーザーが必要であるが、STIRAPが位相敏感な現象であるため、これらのレーザーの相対線幅に関して厳しい制約がある。

そこで我々は、真空中においた安定な光共振器(Reference Cavity)を用いて外部共振器型半導体レーザーの線幅を30kHz程度まで小さくした狭線幅レーザーを作成した。そしてこの狭線幅レーザーを用いて光会合された分子に対して、X^1Σ^+(v"=91)からX^1Σ^+(v"=90)へのSTIRAPを行い、高効率の振動状態間遷移を実現した。
不整脈を除去した心臓内移植細胞の生成-心筋再生医療の実用化-

近年心臓移植に替わって欧米で心臓への細胞移植治療が試みられている。ところが致死性心室性不整脈が出現する為に、心臓への細胞移植治療の試みは現在事実上停止している。本研究では、不整脈を除去した安全な移植細胞を作成し、細胞移植による心不全などの重症心疾患の治療法を確立することを研究目的とする。具体的には、臨床実施されて不整脈により途絶している骨格筋芽細胞に注目し、培養経過中の電気生理学的特性の変化について検討した。一方近年の研究結果から骨格筋芽細胞が心筋へ移植された場合に致死性不整脈を起こすことは多くの臨床研究から明らかとされている。この原因として、筋芽細胞移植後に心筋内で形成された筋管細胞の一部が心筋と細胞融合を起こすことによって電気的に周辺心筋と連関しているためであることが示唆されている。これらの報告に基づき本年度は、心筋細胞-骨格筋芽細胞の融合細胞の電気生理学的な特性を培養細胞系を用いて検討した。実験としては、生細胞染色蛍光色素であるRFP遺伝子を導入したラット骨格筋芽細胞をGFP発現ラット由来の心筋細胞と共培養し、細胞融合が生じた細胞がRFPとGFPの何れもが陽性であることを用いて選別した。この融合細胞の電気生理学的な特性をパッチクランプ法により解析し、形態的には明らかな筋管細胞様でありながら活動電位持続時間が骨格筋特有の20msec以下から心筋様のおよそ100msec前後の心筋型へ変化しているものが存在することを確認した。現在その詳細について検討している。昨年度の交付金により、これまでに当研究室での検討から以下の事柄が明らかとなった。すなわち、1)骨格筋芽細胞は深い静止膜電位にあり、細胞同士が融合する直前に脱分極する2)筋管細胞に分化後は概ね-40mV程度の静止膜電位で安定する3)一部の筋管細胞では自発興奮を認める4)筋管細胞自体はGap Junctionを隣接細胞間で形成せず電気的に独立していることである。これらの結果は2004年米国心臓病学会にて発表された。細胞移植に伴う不整脈の原因としては、(1)移植細胞自身の催不整脈作用、(2)移植細胞と周囲の細胞との電気特性の違い、の二通りが考えられる。今回の我々の検討では、隣接細胞と筋管細胞は電気的に融合している証左は得られなかった。今後この点を解明する目的で、invivoでの不整脈発生に関する実験的検討を予定している。
一般向け放射線実習の開摧及びそのシステム化について

学校教育において放射線に関する教育はほぼ皆無であるが,実際には様々な分野で使用され,生活の向上に役立っている。それについて啓発活動を行おうとしても,大学の施設教職員では少人数のため,通常の業務の合間に準備を行うのは難しい。啓発活動の開催についてある程度のシステム化がなされれば,大学の施設職員等の少人数で対応が可能と考え本研究を開始した。一般向けに広島大学自然科学研究支援開発センターアイソトープ総合部門主催の実習「目で見る放射線実習」(以下「実習」)を平成19年8月1日に,公開実験「霧箱で放射線・宇宙線を見てみよう」(以下「公開実験」)を同年11月3日に開催した。実習では広島県及び東広島市教育委員会の後援を得て,周辺の中学校,高校へ開催のポスターを配布し,実験や測定に興味のある参加者を募った。参加者は幼児から一般までの16名で身の回りの放射線についての講義を行った後に霧箱を利用した放射線の観察とγ線測定器を利用した身の回りの放射線の測定を行った。内容について参加者からは概ね好評を得たが,主催者としては募集の際の広報の見直しが今後の課題となった。今後は市の広報誌等の活用を考える。公開実験は広島大学大学祭の参加事業として開催した。来場グループごとにスタッフが一人付き,放射線についてポスターを使い説明を行った後,霧箱の観察,γ線測定器を利用した身の回りの放射線の測定を行った。来場者数は乳幼児を除き77名で,概ね好評を得た。スタッフ側の問題点して随時訪れる来場者への対応のために多くの職員の必要数となることが挙げられるが,説明を開始する時間を固定する等で対応は可能と考える。今後はさらに内容や形態を検討し,少人数での効率的な啓発活動の開催を模索する予定である。
アソシエーションスキームと有限群の指標

本研究課題に関して、次の結果が得られた。1.シャープ指標の型変換に関する一般的定理が得られた。すなわち、シャープ指標の型Lがある条件を満たすとき、そのシャープ指標を変形して、別の型L'を持つシャープ指標が得られることが証明された。このとき、L'の要素の個数はLの要素の個数の約数なので、変形して得られたシャープ指標は、もとのシャープ指標より"小さい"型を持つ。この結果より、ある種の型Lに対して、L型シャープ指標の分類問題が、より小さいL'型シャープ指標の分類問題に帰着される。現在、この結果のシャープ指標の分類問題への応用を研究中である。(清田)2.アソシエーションスキームの表現論に自然に現れる3対角行列対(2つの線形変換で、一方を対角化する基底に関して、他方が3対角行列となるもの)をある種の条件(高さ1という条件)のもとで完全に分類した。現在、3対角行列に関する一般論およびその分類問題を研究中である。(野村)3.有限群のブロックに関するカルタン行列の固有値と単因子の間の強い関係(予想)を見出した。すなわち、固有値の代数共役類への類別に対応して単因子も類別され、対応する類同士では(a)要素の個数が同じ、(b)要素の積が等しく、しかも(c)最大固有値の属す類と最大単因子の属す類が対応する、という予想である。以下の場合についてこの予想が成り立つことを証明した。(1)テイムブロック。(2)1(B)<=5である巡回ブロック。(3)星型または直線型(例外頂点は端点で重複度2以下)ブラウアーツリーを持つ巡回ブロック。現在、可解群の場合を研究中である。(清田、和田)本研究課題に関して、次の結果が得られた。(清田、和田)1.有限群のカルタン行列の固有値については、多くの実例が和田により計算機を用いて求められた。これらの実例から、和田と清田は有限群のブロックに関するカルタン行列の固有値と単因子の間の強い関係(予想)を見出した。固有値の代数共役類への類別に対応して単因子も類別され、対応する類同士では(1)要素の個数が同じ、(2)要素の積が等しく、しかも(3)最大固有値の属す類と最大単因子の属す類が対応する、という予想である。この予想はブロックの不足群が(2面体群、準2面体群、4元数群であるとか、正規部分群である等の)特別な条件を満たすときには、肯定的であることが証明された。この予想は従来の我々の研究課題をすべて含む大きな予想であるため検証が難しく、現在p-可解群の場合を研究中である。これらの結果は、関連する結果とともに和田により、ポーランドのコペルニクス大学で開催された国際会議(Conference on Frobenius and Algebras and Related Topics, Torun, Poland, 2003年9月)の招待講演として発表された。また清田は不足群が巡回群の場合にこの予想を研究して、ブロックのBrauer treeが星型または直線型(例外頂点は端点で重複度2以下)のとき、予想が成立することを証明した。これらの結果は、清田により有限群のコホモロジー論研究集会(京都大学数理解析研究所、2003年9月)で口頭発表された。2.清田はアソシエーションスキームの理論をもちいて、ある種の巡回ブロックのカルタン行列の固有値が非常に限られた形であることを示した。この研究の過程で、ある種の直交多項式の族(チェビシェフ多項式の類似)の既約性が問題となり、現在研究中である。この結果と研究裸題は、清田により有限群論草津セミナー(草津、2003年8月)で口頭発表された。

1.シャープ指標、及びシャープな置換群について、多くの実例が野村により計算機を用いて構成された。それらの実例にもとずく理論的考察の結果、清田はシャープ指標の型Lがある条件を満たすとき、そのシャープ指標を変形して、別の型L'を持つシャープ指標が得られることを見出し、その証明を与えた。一般にL'の要素の個数はLの要素の個数の約数なので、変形して得られたシャープ指標は、もとのシャープ指標より"小さい"型を持つ。よって、この結果より、ある種の型Lに対して、L型シャープ指標の分類問題が、より小さいL'型シャープ指標の分類問題に帰着される。たとえば、{-1,0,1,2}型シャープ指標は、{-1,1}型シャープ指標の分類に、{-1,0,2,3}型シャープ指標は、{-1,2}型シャープ指標の分類にそれぞれ帰着される。清田は現在、この結果のシャープ指標の分類問題への応用を研究中である。これらの結果は、関連する結果とともに、清田により有限群論草津セミナー(草津、2004年7月)で口頭発表された。2.有限群のカルタン行列の固有値については、多くの実例が和田により計算機を用いて求められた。これらの実例にもとずく理論的考察の結果、和田と清田は有限群のブロックに関するカルタン行列の固有値と単因子の間の強い関係(予想)を見出した。和田は1(B)<=5である巡回ブロックと一般のテイムブロック(不足群が2面体群、準2面体群、4元数群であるブロック)において、この予想が成り立つことを証明した。この予想は従来の我々の研究課題をすべて含む大きな予想であるため検証が難しく、現在、和田と清田はp-可解群の場合を研究中である。これらの結果は、関連する結果とともに、和田により日本数学会(北海道大学、2004年9月)で口頭発表された。
生物学的同等性に関する統計的推測の研究

生物学的同等性の定式化には,平均同等性(ABE),母集団同等性(PBE),個別同等性(IBE)の3つがあり,同等性の概念としてはABE<PBE<IBEの順で強くなり,一般には解析手法,その理論解明もABE<PBE<IBEの順で複雑となる。本研究では,信頼区間と検定手法の関連を解明することを主題に据え,3種の同等性について順次研究を進めた。ます,ABEに関して,近不偏検定の構成を信頼区間を通して構成することに初めて成功した。これは,Westlakeにより提案されていた信頼区間の対称化を改良したものであり,長年埋もれていたこの手法の有効性を再評価させる契機を与えた。また,検出力関数を解析的に評価する方法を考案し,我々の構成した検定がAnderson-Hauckにより提案された検定法と同等であること,Westlakeの検定法と比較して格段に優れた検出力を持っていることを数学的に証明した。これらの結果については,研究集会で口頭よる発表を行い,論文にまとめた。また,こられの結果を多次元,あるいは,PBEやIBEの他の同等性の定義への拡張を目指し,考察,検討を進めた。そのうち,PBEやIBEへの拡張については当初の研究見通しに無かった問題に直面し,十分な結果を未だ得られていないが,今後更なる研究を進めて行きたい。一方,多次元への拡張という問題に対しては,信頼区間の構成および信頼度,検出力関数の評価に有効である多次元分布に関する確率不等式の理論を新たに展開することが出来た。数学的には,鏡映群に関連して導入されるBruhat順序とmajorization順序に関する考察を深め,興味深い結果を導出し,これについて論文にまとめた。その他,研究分担者の高田教授は,逐次推測,順序制約の下での推測など関連する統計推測問題での理論的研究を,同じく金講師は統計推測の理論的基礎となる確率分布の漸近理論の研究を分担することで研究課題の遂行に大きく貢献し,それぞれに非常に興味深い研究結果を導出し,それらを論文として公表した。3年間の研究の初年度にあたり従来の研究のサーベイならびに最新の情報の収集を進め,生物学的同等性(bioequivalence)の中でも特に平均同等性を検証するための検定手法の最適性に関する研究を行った。共同研究者との論文講読のセミナーを通して従来の研究の理解を深め,問題の掘り起こしおよびその解決に向けたアイデアの提示などの議論を進めた。通常の単純帰無仮説の場合,統計的仮説検定と信頼区間には強い関連が存在することが知られているが,生物学的同等性の仮説の場合にはその関連がよく理解されていない。本研究では平均同等性を検証するための信頼区間による手法に着目し,最適性に関する研究を中心に考察を進めた。具体的には,Westlakeによる対称信頼区間による手法について検証し,仮説検定手法としての問題点を明らかにした。さらに,Westlakeの手法の改良を試みることでより優れた手法を開発し,Anderson-Hauckにより提案された既存の検定手法との興味深い関連を見出した。これらの結果については現在論文として取りまとめているところである。また,同等性の仮説検定法において障壁となる未知母分散の非有界性の問題に対して,二段階抽出法等により分散に関する情報を付加させた場合の検定手法の構成などについても研究を進めた。また,研究課題に関連して,生物統計学に関連する研究集会に積極的に参加し,今後の研究の方向性に影響を与えるであろう最新情報の収集と意見の交換を行うことができた。

研究初年の昨年度に得られたAverage Bioequivalence(ABE)に関する,Anderson-Hauckの検定手法などの同等性の検定手法と信頼区間の関連性についての知見の進展,深化を目指して,研究2年目の本年度は次のような研究を行った。まず,ABEに対する検定における信頼区間を用いる方法の統一的な理解に向けた理論研究を行った。Anderson-Hauckの検定手法に対応する信頼区間の構成に成功したが,その検定のサイズは一般に有意水準を越えてしまうことが判った。これらの成果については,科研費シンポジュウム「統計的推測理論とその応用」で発表し,その意義や更なる問題点について深く議論する機会を得た。またその後は,検定のサイズを水準内に抑える構成法について研究を進め,確率不等式を用いる方法や計算機を利用して数値的に棄却域を決定する方法についてその有効性を検証した。一方,より複雑な生物学的同等性の概念であるPopulation Bioequivalence(PBE)やIndividual Bioequivalence(IBE)への結果の拡張,展開を研究した。本研究では数学,統計学の知識だけではなく,医学,薬学的な知識と理解が必要であり,関連する書籍,文献の講読にも力を入れた。また,初年度に引き続き,検出力と標本数の関係についてChow等の書籍の中で紹介されている方法論の数学的な検証と,検出力を変動係数の関数として評価する方法や二段階抽出による方法について研究を進めた。二段階抽出法に関する研究は研究分担者の高田を中心に進められ,その成果は論文として公表されている。最終年度にあたり,過去2年に実施し積み上げてきた研究成果をもとに更なる新しい研究を発展させ,研究の取りまとめを行った。生物学的同等性の定式化には,平均同等性(ABE),母集団同等性(PBE),個別同等性(IBE)の3つがあり,同等性の概念としてはABE<PBE<IBEの順で強くなり,一般には解析手法,その理論解明もABE<PBE<IBEの順で複雑となる。これまで段階的に研究を進めてきたが,18年度はPBEさらにはIBEへ研究対象を広げて研究を行った。過去2年では,まずABEに関するAnderson-Hauckの検定手法を中心に過去の研究のサーベイを行い,同等性の検定と信頼区間の関連性について興味深い結果を得た。2年目はABEに対する検定における信頼区間を用いる方法の統一的な理解に向けた理論研究を行った。18年度はこれらの結果をPBEさらにはIBEにおける問題として定式化し,問題解決に向けた研究を進めた。ただこれについては当初の研究見通しに無かった課題が発生し,本研究期間で十分な研究成果を達成するには至っておらず,今後更なる研究が必要である。一方それに併せて,ABEの問題を多次元化する問題に取り組んだ。同等性の検定を構成しさらに最適性を検証するためには,棄却域の幾何学的な特徴付けが数学的方法論として不可欠であるが,本年度の研究で鏡映群に拡張されたarrangement orderingと基本領域に関する不等式論について解明を進め,興味深い結果を得ることが出来た。この結果は基礎的ではあるが,同等性の検定を含めた広い統計推測理論において有用なものとなることが期待される。
組織球性壊死性リンパ節炎(Kikuchi-Fujimoto disease)の原因と発症機構

組織球性壊死性リンパ節炎(HNL)についての臨床病理学的、免疫組織学的、遺伝子解析ならびにウイルス学的検討を行い、本疾患が単にリンパ節のみを冒す病変ではなく、皮膚や骨髄においてもリンパ節と同様な形質細胞様単球の浸潤を伴う、リンパ球反応を示す病変を来すことを明らかにした。このことは、本疾患が全身性疾患であることを示すものであり、血中における異型リンパ球の存在とも併せてみると本症を引き起こす要因が血行を介して、全身へと広がることを示すものと解釈された。病変部における増殖細胞CD8であるが、増殖能に比して細胞比率は病変部に見られる細胞の半数以下である。これについては病変部に見られる多くのapoptotic cellが関係している可能性が多いことからapoptotic cellの免疫機能的検討を行いapoptotic cellの大多数はCD8陽性細胞であることを確認し得た。本病変はCD8陽性細胞の増殖と細胞死が軸となりこれにCD4陽性の形質細胞様単球とリンパ球、さらに大食球が集合することで形成されており、このような病変を起こす因子としては、ウイルスが最も強く考慮される。そこで病因としてのウイルスに関しては、ヘルペス群を中心に検討を続けており、特にヒトヘルペスウイルス6型の検索を続けているが、本症において明らかに病変部におけるウイルス遺伝子の存在は他の疾患に比較して多く見られるが、存在ウイルスの遺伝子構成に関しては特異性を見いだすことが出来なかった。ただヒトヘルペスウイルス6型が、本症と同様な皮疹を若年成人において生じることや、ウイルス性リンパ節炎を起こすことは確認し得ている。組織学的な確認についてはまだ充分になされていない。組織球性壊死性リンパ節炎(HNL)のウイルスとの関与についてヘルペスウイルス6型(HHV6)の検索を行なっているが,本年はHHV6遺伝子について3種類のプローベを作成しそれぞれに対する反応を検索したが本疾患では,うち2種類のプローベに対してのみ反応し3種類ともに反応する突発疹に於けるHHV6が何れのプローブとも反応する成績とは異なっていた。このことはHNLに関与するHHV6が異なった亜型であるのが興味あるところであった。また反応陽性細胞はおもに組織球であることを本ウイルスと組織球に対する抗体を用いての重染色により明らかにした。その反応は病巣部にはやや多くみられるが病巣部以外ならびに他の反応性ならびに腫瘍性リンパ節病変にも認められるので,このHHV6に対する反応が本疾患に特異的であるとは言えなかった。また本疾患は単にリンパ節を冒すものではなく,皮膚や骨髄にも同様な細胞反応を示す病変を来たすことを明らかにしこのことは本疾患が全身性に広がる病変であり,その広がりの点から見てもウイルスの関与が強く疑われることも明かにした。組織球性壊死性リンパ節炎(HNL)のウイルスとの関与についてヘルペスウイルス6型(HHV6)の検索を続けている。本年はHHV6遺伝子について作成した3種類のプローベの夫々に対する病巣に於ける反応の検索を昨年に続いて行なっているが、通常の突発疹とは異なった遺伝子の存在を示すことが、昨年までの症例に次いで今年度検索した症例に於ても確認されている。ただ本症に見られるHHV-6遺伝子が數は多少は少ないとはいえ他のリンパ節に於てもその存在を認める点は、本症の発症との直接の関係を明かにするものであるとは言えないようである。組織学的な特徴として見られるいわゆる形質細胞様単球の集合はリンパ節のみでなく骨髄や皮膚にもみられるとともに肝臓に於ても同様な成績がみられれることを確認した。このことは本疾患が全身性に見られる病変を示すものであり.その広がりはウイルス性疾患として矛盾しないことをさらに確かめ得た。

さらにHHV-6の検索により若年成人の広範な皮疹と軽度リンパ節腫大症例において、皮膚病変部からHHV-6の存在を確認し、HHV-6がHNLと同様な臨床病理像を呈すこともありことを確かめてもいる。本症に見られる形質細胞様単球の増殖を認める疾患についての検討を原因の明らかなウイルス疾患や細菌感染ンパ節について行なったが、同様な増殖巣は明かでなかった。これら疾患に於ては単球様細胞の増殖を認めることがあるが、この単球様細胞はBリンパ球であり、時には組織球性壊死性リンパ節炎との鑑別が組織学的に重要である症例も見いだし、本症の鑑別疾患として重視すべきものであることも確認した。本年度までに検索可能であった376症例についての臨床病理像の纏めでは、これまでに確認されている頚部リンパ節に病変を見ることが多く、若年成人でやや女性に多く見られ、自然に治癒するが約5%に再発がみられるという臨床的な特徴ならびに、CD4、CD8陽性細胞の傍皮質ないし皮質での局所性増殖と組織球の関与と多くの核崩壊産物の存在という組織学的特徴を確認し、本疾患が臨床病理学的に単一疾患であることを示した。また、我々の検索例では1例も致死的な経過を辿った例を見いだせず、極めて稀に致死的経過を示す例の報告は見られるが、そのような症例は診断的に問題を抱えている可能性があることを明らかにした。病因としてのウイルス関与についてヒトヘルペスウイルス6型を中心に検討を続けているが、このウイルスの特定遺伝子構造と本疾患との関係を見いだすことは出来なかった。しかしウイルス感染と関係の深いとされるapoptosisに関して、本疾患に見られる核崩壊産物の多くがこのapoptosisの表現であること、並びにこのような変化を示す細胞は、その大多数がCD8陽性リンパ球であることを二重染色による免疫組織学的検索で確認した。このことは、本病変で増殖を示すCD8陽性リンパ球が、何らかの原因によりapoptosisを来たし崩壊することにより病変の進展が支配されていることを示すものである。このような機転を惹起する因子としては、ウイルスが強く示唆されるところである。ヘルペス群でなく、さらにレトロウイルスを含む各種ウイルスについての検索を広げる必要があるとともに、宿主要因に関しても今後さらに検索する必要性があることを明らかにした。
ガン転移、炎症におけるヘパラナーゼの作用解析とこれを標的分子とする転移、炎症制御

マトリックス分解酵素を抑制することで、ガンの進展を制御することが可能である。クローニングされたDNA、抗ヒトヘパラナーゼ・モノクロナール抗体を用いて研究を進めている。これまでに完了したものとしてはモノクロナール抗体を用いて食道癌、胃癌、大腸癌における発現と、その臨床病理学的意義を解析しその結果ヘパラナーゼの発現が重要な予後因子であることが明らかとなった。すなわち、ガンの悪性度とヘパラナーゼ発現との間に密接な相関が見られ、また、発癌機構のなかで他のガン関連遺伝子産物とともに重要な役割を果たしていることが明らかとなってきた。これらの結果は、3報に分け投稿中である。また、ヘパラナーゼの発現とVEGF、bFGFなど血管新生因子発現との相関性も検討中であり、がんの進展、悪性度という究極の命題を研究する状況にある。さらに、がん細胞にヘパラナーゼ遺伝子を導入することで悪性度を増すことを確認している。また、抗体産生系の大量培養により得られたモノクロナール抗体を使ってin vitro, in vivoでの抑制実験を開始している。同様に本抗体、抗ヒトヘパラナーゼ・モノクロナール抗体を用いて担癌患者および炎症時の血中、尿中のヘパラナーゼ活性を測定する予定である。投稿中のものはいずれも、現時点では採用には至っていない。平成14年度は主にモノクロナール抗体と低分子のインヒビターを用いた活性の制御実験を行って、臨床応用に向けた研究開発を推進する予定である。ヘパラナーゼはその酵素活性によって、ヘパラン硫酸プロテオグリカンを破壊してがん細胞の浸潤、転移を助長する。同分子はその遺伝子が解析されてから日が浅く、詳細な生物学的な意義付けは不明な点が多い。われわれは、各種癌組織におけるヘパラナーゼの発現とその生物学的意義を解析し、さらに同分子を制御することで、癌の悪性度を低下させることを目的として実験を進めている。これまでに、食道癌、胃癌、大腸癌、乳癌において臨床病理学的検討を行い、ヘパラナーゼの発現と悪性度の関係に相関があることを見出した。論文は順次作成しており、近日中に全て投稿の予定である。別紙のごとく、胃癌に関する論文は既に掲載予定となった。この論文の中で、われわれはヘパラナーゼが胃癌の先進部に発現し、その発現は予後と密接に相関していることを明らかにした。また、本論文では抗ヘパラナーゼ・モノクロナール抗体を作成した結果と、その評価についても論述した。これまで、多くの分子がこういった癌の「ふるまいに」関わっているしていることが解析されてきているが、ヘパラナーゼのように明らかに広範な臓器由来の腫瘍において悪性度と相関していることが想定されているものは少ない。現在、分子レベルでヘパラナーゼがいかにして悪性度、分化度、転移と関係しているか、また、ヘパラナーゼを制御する分子の作用を解析しつつ、治療への導入の可能性について検討している。こちらについても、3篇程度の論文にまとめて近日中に、投稿の予定である。
量子力学と情報処理の絡み合い解明のための基礎研究

量子情報とは何か?これを考えるためにはまず「古典情報とは何だったか?」を思い返せばよい。すなわち、1948年にシャノンが明らかにしたように、古典情報とは「そのファイルを圧縮・解凍するにあたり、これ以下の数のビット数に圧縮できない」ようなビット数を、元のファイルの情報量と定義したのであった。これと同様に考えれば、量子情報の量とは「その量子ファイルを圧縮するにあたり、最低限必要な量子ビットの数と古典ビットの数」をもって、その量子ファイルの「量子情報量」および「古典情報量」とすればよいことがわかる。しかし量子の場合、シャノン理論ほど単純でなく、長らくオープンクエスチョンであった。我々はこの問題に最終回答を与えた。すなわち、与えられた量子ファイルに対し、量子情報量と古典情報量を正確に求める数学的手順を示すことに成功したのである。その手順はシャノン理論の「対数関数によるエントロピー表式」ほど簡単ではないが、群論のシュアーの補題と類似の手法で数学的に厳密に記述される。これはPhys.Rev.Lett.誌に論文となった(Koashi and Imoto : PRL87(2001)017902)。ここに至って「量子情報とは何か?」という問いに初めて完全なる回答が与えられたのである。本研究では量子暗号、量子コンピューティング、量子テレポーテーション等をキーワードとする新しい量子情報処理の実現を目的として理論および実験的研究を行っている。またその基盤となる量子光学の研究を進めている。量子暗号では(1)統一的理解および設計指針の理論化、(2)現実条件下での安全性の証明と条件明確化、(3)鍵配送以外の情報処理への応用(認証、多者間プロトコル等)の提案が課題である。(1)に関連しては一般的な理論構築を目指し「量子状態を変えずにできる情報抽出」の詳細条件を明らかにした。(2)に関してはB92方式量子暗号において損失やエラーがある場合の安全性について詳細検討を行った。(3)に関しては「光子を無駄にしない4状態」が認証や「同一鍵の繰り返し使用を許す通信」等、様々な応用のあることを明らかにした。量子情報処理の基礎となるエンタングルメントの発生制御に関しては、制御NOTを線形素子で実現する方法の提案、多qubitのエンタングルメントの理論的上限、それを実現するための物理的相互作用、古典通信によるエンタングルメント凝縮について理論的研究を行った。また量子ビットの任意の状態を準備する方法として提案された"quantum scissors"を実現するための実験系詳細検討を行い、二光子干渉実験を行った。原子のボーズ・アインシュタイン凝縮(BEC)関係では、近年アルカリ原子以外に水素原子でのBEC実験が行われていることを鑑み、今回は水素に拡張し、最適冷却法がアルカリ原子の場合と異なることを明らかにした。また一般に光の量子状態を記述する方法として変形Wehrlエントロピーが優れている場合があることを明らかにした。量子惰報処理研究は「どのような情報処理が量子力学で実現できるか?」という研究と「それに必要となる物理および要素技術は何か?」という研究がある。本研究では前者は理論研究として、後者は理論および実験研究として進めた。【線形素子による量子情報処理の可能性追求(理論)】量子コンピューティングに欠かせない「制御NOT素子」の実現には、非現実的なほど強大な非線形性が必要と従来考えられて来た。しかし確率的実行でよいならば(もちろん成功を知らせる信号は付随しなければならないが)、線形素子でも実行可能なものがあることが本研究の結果わかった(Phys. Rev. A65, 030301→これはKnoll等のNature論文とともにpioneerimg worksとして並列引用されることが多くなった)。また、これに属する別の例として、線形素子だけでエンタングルメントの度合いを増強する方法のオリジナルな提案(Phys. Rev, A64, 012304)を行った。一方、Barnett氏発案の「Quantum Scissors Device」(量子状態の加工・整形・テレポーテーションに用いられる)について、実験系の現実的制約・雑音・光損失を考慮した理論を構築した。

その結果、今日のテクノロジーでも忠実度90%程度の実験は行えることを明らかにした(Phys. Rev. A64, 063818)。【4光子干渉実験】上記提案の実証実験のためには、まず量低限1ペア(すなわち2つの光子)がエンタングルしたものを発生する必要があるが、まずその発生および2光子干渉実験を行った。その結果約98%の高いvisibiltyが達成できた。これ自体は驚くべき実験というわけではないが、上記「エンタングルメント増強」および「制御NOT素子」の実現のためには、さらに同時に発生する2つのペア(すなわち合計4つの光子)がエンタングルしたものを発生する必要がある。この発生実験は現在世界でも2ヶ所でしか成功していない。本研究ではその発生および4光子干渉を観測するに至った(2002年春物理学会発表)。大学に移籍して実験装置のない状態からここまで持って来れたのは、本研究助成に依るところが少なくなかった。【量子エンタングルメントに関する理論】2体間のエンタングルメントに比べて未だ不明の点が多い多体間のエンタングルメントについて、それを発生するための量子ドット系の提案を行った(Phys. Rev. A65, 023805/同A65 0423XX掲載決定)。それにより現実にある相互作用により最大に近いエンタングルメントが得られることがわかった(Phys. Rev. A65, 0642314)。また多体の最大エンタングル状態にどれだけ近いかを見積もるために必要な則定についての提案およびその分類に関する理論構築を行った。また、巨視的状態の重ね合わせに関する状態表示の方法としてWehrlエントロピーの有効性を理論的に明らかにした(J.Phys. A34, 1)。
単科精神科病院における終末期医療ニーズの研究

死亡診断書の20年の後方視的調査については、収集可能な範囲でのデータ収集を完全に終え、集計と解析を行った。一通りの集計を終え、その内容は2019年6月の日本精神神経学会での発表に向けて準備した(齋藤暢是、佐藤謙伍、小林聡幸、須田史朗:院内死亡の高齢化ー単科精神科病院の死亡診断書調査.第115回日本精神神経学会、新潟、2019年6月21日)。一県の大多数の精神科病院の20年間の院内死亡の死因というかつてないデータが得られているが、ここから臨床に有用な情報をどう抽出するかという解析方法を検討しており、これには時間がかかっている。現在のところ、がん性疾患と非がん性疾患にわけで比較し、精神科病院内での悪性腫瘍の早期発見についての示唆に結びつく解析を検討している。この調査のうちの1病院のデータについて、統合失調症圏と器質的精神障害の死因を比較した論文を作成し、学術誌に受理された(佐藤謙伍、小林聡幸、齋藤暢是、佐藤勇人、須田史朗:統合失調症と器質性精神障害の院内死亡の死因についてー精神科病院における20年の死亡診断書調査より.精神医学、61:339-345、2019.)。また、栃木県内3地域の3病院の20年間の死亡の変遷に関する論文を作成する作業を進めている。死亡診断書の2年間の前方視的調査についてはデータの収集を進めた。当該年度に対象となる16病院中の3病院を訪問し、計102例のデータを収集した。死亡診断書の20年の後方視的調査については、解析担当者の個人的理由により遅延していた。死亡診断書の2年間の前方視的調査については主業務の多忙から当初の予定より作業が遅れている。死亡診断書の20年の後方視的調査については2019年度にまとめ、2020年の日本精神神経学会で成果発表するとともに論文化する予定である。死亡診断書の2年間の前方視的調査については2019年度前半に調査を終え、2020年の日本精神神経学会で成果発表するとともに論文化する予定である。本研究の目的は、単科精神科病院における終末期医療の質の向上である。わが国で精神科入院医療の大多数を担っているのは単科精神科病院であるが、入院患者の高齢化が進み、死に結びつく老年期の疾患を内科常勤医不在の施設で対応しなければならない。本研究では精神科病院でどのような疾患の患者を看取っているのかを調査する。これにより、精神科病院での終末期医療の実態を把握し、行政や学会への提言の基盤を生み出すことを目指す。1死亡診断書調査:栃木県精神衛生協会所属の総合病院精神科を除く22単科精神科病院、すなわち、那須高原病院、室井病院、佐藤病院、烏山台病院、氏家病院、大澤台病院、西ヶ丘病院、新直井病院、皆藤病院、県立岡本台病院、報徳会宇都宮病院、森病院、滝沢病院、鹿沼病院、菊池病院、小山富士見台病院、朝日病院、大平下病院、両毛病院、青木病院、前沢病院、足利富士見台病院に入院しており、平成8年1月1日から平成27年12月31日の間に死亡した患者を対象とする。死亡診断書から、患者の死亡時年齢、性別、死因となった疾患とその疾患を発症してから死亡するまでの期間、精神科診断名を抽出し、検討する。20病院が研究協力を承諾、19病院の調査を終えた。2身体疾患罹患と死亡の前方視的調査:上述の22病院において平成28年9月1日現在において3年以上入院を継続している患者の名簿を作成した。研究代表者と研究分担者が6カ月ごとに各病院を訪問し、身体疾患罹患患者と死亡患者のカルテ調査を行い、前者については患者の年齢・性別、疾患名とその転帰、精神科診断名を、後者については上述と同様に、患者の死亡時年齢、性別、死因となった疾患とその疾患を発症してから死亡するまでの期間、精神科診断名を調査する。また臨床経過を記述的に調査する予定である。栃木県精神衛生協会所属の単科精神科病院22病院に研究の説明と協力依頼を行った。まずは栃木県精神衛生協会の会議の際に時間を得て、会員病院の院長に研究の趣旨を説明した。重ねて文書にて趣意書を対象病院に送付し、電話にて研究への承諾の可否を問い、承諾が得られた場合は承諾書を作成してもらった。これにより20病院から協力の承諾を得た。2病院は「医局会で反対された」などの理由で承諾が得られなかった。この後、実際に調査に入り、対象各病院を訪問して1997年から2016年の20年間の死亡診断書の閲覧を行ったが、20病院中のうち2病院は死亡診断書の保管状況に問題があってデータ取得に適さないことが判明し、死亡診断書調査については対象から外すこととした。1病院は死亡診断書のみを別の綴りにまとめていなかったため、20年分の死亡診断書を取り出すことができなかった。別の1病院はかなりの規模の老人病棟を擁しており、精神科病棟の死亡診断書と老人病棟の死亡診断書が分けられていなかったため、これをすべて算入すると、単科精神科病院のデータと言い難いと思われた。残り18病院中17病院については年度内に死亡診断書調査を終了した。データの整理と解析を進めている。

身体疾患罹患と死亡の前方視的調査については調査基点の2016年9月1日時点での入院3年以上の症例リストを取得し、今後の前向き調査への準備を行った。本研究の目的は、単科精神科病院における終末期医療の質の向上である。わが国で精神科入院医療の大多数を担っているのは単科精神科病院であるが、入院患者の高齢化が進み、死に結びつく老年期の疾患を内科常勤医不在の施設で対応しなければならない。本研究では精神科病院でどのような疾患の患者を看取っているのかを調査する。これにより、精神科病院での終末期医療の実態を把握し、行政や学会への提言の基盤を生み出すことを目指す。1死亡診断書調査:栃木県精神衛生協会所属の総合病院精神科を除く22単科精神科病院に入院しており、平成8年1月1日から平成27年12月31日の間に死亡した患者を対象とする。死亡診断書から、患者の死亡時年齢、性別、死因となった疾患とその疾患を発症してから死亡するまでの期間、精神科診断名を抽出し、検討する。20病院が研究協力を承諾、調査を終えたが、データの不備などから研究に利用できたのは16病院であった。データを打ち込み、集計し、検討に取りかかっている。データの一部の解析は、社会精神医学会、精神神経学会、World Psychiatirc Assocociationで学会発表し、『精神医学:誌と『社会精神医学会雑誌』に投稿した。2身体疾患罹患と死亡の前方視的調査:上述の22病院において平成28年9月1日現在において3年以上入院を継続している患者の名簿を作成した。研究代表者と研究分担者が6カ月ごとに各病院を訪問し、身体疾患罹患患者と死亡患者のカルテ調査を行い、前者については患者の年齢・性別、疾患名とその転帰、精神科診断名を、後者については上述と同様に、患者の死亡時年齢、性別、死因となった疾患とその疾患を発症してから死亡するまでの期間、精神科診断名を調査する。また臨床経過を記述的に調査する。3病院について中間調査を実施した。1死亡診断書調査については全体のデータの解析に時間がかかっている。2身体疾患罹患と死亡の前方視的調査については調査期間1年目でデータを採取する予定でいたが、2年分まとめて採取した方が効率的と考えられたため、3年目に延期することとした。死亡診断書の20年の後方視的調査については、収集可能な範囲でのデータ収集を完全に終え、集計と解析を行った。一通りの集計を終え、その内容は2019年6月の日本精神神経学会での発表に向けて準備した(齋藤暢是、佐藤謙伍、小林聡幸、須田史朗:院内死亡の高齢化ー単科精神科病院の死亡診断書調査.第115回日本精神神経学会、新潟、2019年6月21日)。一県の大多数の精神科病院の20年間の院内死亡の死因というかつてないデータが得られているが、ここから臨床に有用な情報をどう抽出するかという解析方法を検討しており、これには時間がかかっている。現在のところ、がん性疾患と非がん性疾患にわけで比較し、精神科病院内での悪性腫瘍の早期発見についての示唆に結びつく解析を検討している。この調査のうちの1病院のデータについて、統合失調症圏と器質的精神障害の死因を比較した論文を作成し、学術誌に受理された(佐藤謙伍、小林聡幸、齋藤暢是、佐藤勇人、須田史朗:統合失調症と器質性精神障害の院内死亡の死因についてー精神科病院における20年の死亡診断書調査より.精神医学、61:339-345、2019.)。また、栃木県内3地域の3病院の20年間の死亡の変遷に関する論文を作成する作業を進めている。死亡診断書の2年間の前方視的調査についてはデータの収集を進めた。当該年度に対象となる16病院中の3病院を訪問し、計102例のデータを収集した。
窒素ドープ炭素材料の酸素還元反応メカニズムの解明

燃料電池用の実用触媒はPtを代替する材料開発が急務である。窒素ドープ炭素材料は燃料電池での酸素還元反応(ORR)を促進する低コスト代替触媒として注目されており、その触媒活性点を特定することが重要である。本研究の目的は、in situ軟X線吸収・発光システムを開発し、酸素還元反応中における実触媒および窒素ドープグラファイトモデル試料の軽元素の電子状態変化を比較することで、ORR活性発現メカニズムを解明することである。今年度は、窒素ドープ炭素還元触媒のモデル触媒である窒素ドープグラファイト(N-HOPG)に対して、X線光電子分光(XPS)、X線吸収分光(XAS)、ラマン分光、電気化学測定を用いてCO2吸着前後の電子状態変化から電子供与性を明らかにする実験を行った。作製した窒素ドープグラファイトモデル触媒(N-HOPG)へのCO2吸着を行い、N-HOPGの電子供与性を論じた。室温でのN-HOPGへのCO2吸着量は10000 L程度で飽和し、窒素ドープにより室温でもCO2が吸着することが分かった。CO2吸着前後のO 1s XPSから、吸着したCO2は基板からの電荷移動により安定し、物理吸着のCO2分子より約2 eV低結合エネルギー側にピークをもつことが分かった。また、CO2吸着前後のO 1s XASから、N-HOPG表面に対してCO2分子軸を平行にして吸着することが示唆された。CO2吸着前後でN 1s XASの変化はほとんど観測されなかったことから、グラファイト面内に配向したpyridinic N及びgraphitic Nの周辺炭素がLewis塩基点を形成することが明らかになった。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、窒素ドープ炭素還元触媒のモデル試料である窒素ドープグラファイト(N-HOPG)とCO2が吸着したN-HOPGに対して、X線光電子分光(XPS)、X線吸収分光(XAS)、ラマン分光、電気化学測定を用いてN-HOPG作製条件の最適化及びCO2吸着状態を明らかにした。また、In situ軟X線吸収分光・発光分光システム開発のために、SPring-8 BL07LSUにおいて差動排気システムの組み込み、400 mmで大気圧から1 ×10-5 Paの高真空までをつなぐことに成功した。申請者は、Mainチャンバーの設計及びその組み立てを行った。N-HOPG作成時に200 Vの低速窒素イオン照射を用いて窒素照射量を制御することにより、窒素照射量が少ない領域において、zigzagエッジや欠陥に含まれる炭素を実験的に初めて観測した。また、低窒素ドープ量ではピリジン型Nとグラファイト型Nはグラファイト面内に完全に置換して存在しており、N-HOPGモデル試料の作製に成功した。作製したN-HOPGに対して、塩基点プローブであるCO2吸着を行いその吸着状態と窒素種の関与に関して調べた。CO2はN-HOPG表面に水平に吸着することがわかり、グラファイト面内に置換された塩基点がN-HOPGに存在すること明らかになった。また、CO2吸着の際に窒素の電子状態変化が観測されなかったことから、CO2が吸着する塩基点サイトは窒素サイトではなく、炭素サイトであることが示唆される結果を得た。

放射光施設(SPring-8)を利用してX線分光を駆使し元素由来の電子状態の情報を取得すると同時に、ラマン分光などの振動分光を用いて元素周りの構造を明らかにするなど、分光法を駆使した研究を目指している。平成26年度は、2つの成果を得ており、いずれも論文執筆作業に入った。第1はNのドープサイトの特定、第2は還元サイトの特定である。いずれも分光的な考察から一応の結論に達することができた。一年間の成果として期待通りの進捗状況であり、おおむね順調に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。これまでモデル試料の作製とそのキャラクタリゼーションを行い、その試料を用いてCO2吸着特性に関して研究を行ってきた。しかし、実触媒の触媒活性と比較してモデル触媒の活性がまだ不十分であるため、実触媒を正しくモデル化できているか不明である。今回得られた知見をもとに、グラファイトエッジ部への窒素導入を選択的に行ったモデル試料の作製を行い、より高活性なモデル試料の作製および比較を検討している。また、in situ測定システムは順調に立ち上げが進んでおり、上記モデル試料を用いて大気圧環境下・動作環境下で測定可能なセル設計を進めていく。