hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シードフリー環境適合型クリーンＭＨＤ発電機の実用化に向けた基盤研究

本研究の二年度目となる本年度はさらなる動作温度の低減による連続運転が可能なシードフリーMHD発電の実現を目指して,高周波電磁界による作動流体の予備電離のプラズマ流体挙動の検討と,予備電離に必要とされる電力と発電出力のバランスの検討を行った。高周波電磁界による作動流体の予備電離は,連続運転が可能な2500K程度の作動流体中の電子の温度のみを高周波電磁界により増加させで作動流体を電離させるものであり,作動流体の温度は2500K程度のままであることから連続運転が可能となる。このとき高周波電磁界を作動流体に印加する方法には様々あるが,本研究では従来のシードプラズマ方式でも採用されていた誘導コイルによる高周波電磁界の印加について,シードフリーMHD発電の適用の検討を行った。この検討は実験並びに数値解析の2つの方法で平行して行うことにより,実験による実現象の解明と,数値解析による実験では計測の難しいパラメータを含めた詳細な現象の考察に取り組んだ。その結果,予備電離希ガスプラズマMHD発電における予備電離において低定格電圧の電源によりH-mode放電を実現する上ではコイル幅は狭く設計されるべきであることがわかり,予備電離を亜音速流中と超音速流中のいずれで行うかについては境界層の影響に伴うプラズマの生成位置ならびに力率や斜め衝撃波の影響を考慮すべきであることが示された。ディスク形状ホール形発電機による連続運転が可能なシードフリーMHD発電において必要とされる予備電離電力と発電出力のバランスの数値的検討から,予備電離希ガスプラズマMHD発電においてノズルによる自励的ジュール加熱による電離度増幅を加えることで低い予備電離電力で高い発電性能(E.E.=25%,I.E.=65%)が実現できることが示された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。研究開始初年度となる本年度では,Xeを作動流体とすることで,既存のシードフリーMHD発電の動作温度低下を実験ならびに数値解析で検討を行った。実験についてはXeを作動流体とする実験が可能となるように,Arを作動流体とする発電実験装置の改良を行った。その後,発電機に流入させるXeの温度を10000K4000Kまで変化させながら発電実験を行い,作動流体をArからXeに変更することでの動作温度を低下を検討した。その結果,Arを作動流体とするときには動作温度7500Kで発電出力はほとんど得られなくなるのに対してXeを作動流体とすることで7500Kでも6%程度のエンタルピー抽出率が得られ,動作温度5000Kとしても1%程度のエンタルピー抽出率が得られることが明らかとなった。また,実験と平行してXeを作動流体とするMHD発電の電磁流体解析コードの製作ならびに数値解析を行い,電離不安定時のプラズマ構造が電離反応速度定数の差に起因してその波数が大きくなることが示された。以上のXeを作動流体とするシードフリーMHD発電の研究が順調に進行したことから,研究開始当初,2年度目に予定していた高周波電磁界による予備電離実験に着手した。この実験では衝撃波管により生成された2500K程度の高温高圧のArガスを超音速ノズルでマッハ3まで加速した後に,高周波電磁界を高周波電源に接続された誘導コイルにより印加し,凍結希ガスプラズマMHD発電における予備電離を模擬させる。生成されたプラズマについては光電子増倍管による光学計測,ピエゾレジスティブ素子による圧力計測,ならびに高速度シャッターカメラによる複数方向からの構造撮影を行った。本実験は現在も進行中であり,次年度では本実験ならびに数値解析を早い段階で終了させ,その成果の発表を7月にソルトレイクシティで開催される国際学会での発表予定している。本年度はシードフリーMHD発電の実用化へ向けてその動作温度低減の手法の一つとなるXeを作動流体とする発電実験ならび数値解析に取り組み,Arを作動流体とするときと比べて動作温度の低減ができることを明らかにした。本研究内容について精力的に発表を行い,査読付き論文誌1件への掲載ならびに2件の国内学会発表,1件の国際学会発表を実施している。また,以上のXeを作動流体とする発電実験が順調に進展したことから,次年度予定していた高周波予備電離実験にも繰り上げて着手しており,超音速流中における高周波放電の放電モードの検討や生成されたプラズマの計測など,既に一定の成果が得られており,1件の国内学会発表を行っている。以上のことからシードフリーMHD発電の実用化へ向けて着実な進歩と期待以上の研究の進展を行えてたと考えている。

その結果,予備電離希ガスプラズマMHD発電における予備電離において低定格電圧の電源によりH-mode放電を実現する上ではコイル幅は狭く設計されるべきであることがわかり,予備電離を亜音速流中と超音速流中のいずれで行うかについては境界層の影響に伴うプラズマの生成位置ならびに力率や斜め衝撃波の影響を考慮すべきであることが示された。ディスク形状ホール形発電機による連続運転が可能なシードフリーMHD発電において必要とされる予備電離電力と発電出力のバランスの数値的検討から,予備電離希ガスプラズマMHD発電においてノズルによる自励的ジュール加熱による電離度増幅を加えることで低い予備電離電力で高い発電性能(E.E.=25%,I.E.=65%)が実現できることが示された。本研究の二年度目では,シードフリーMHD発電の実現に向けて必要となる高周波電磁界による予備電離について,実験ならびに数値解析による検討を行う。なお,この検討を行うにあたり必要となる実験装置ならびに数値解析コードの作成は前年度の研究が当初の計画以上に進展したことから,既に製作済みで基本的な実験データならびに数値解析結果が既に得られており,二年度目の前半の段階で結果をまとめ学会発表等に望む。二年度目後半では,実際に予備電離装置の下流に発電機を設置し,凍結希ガスプラズマMHD発電へ向けた発電実験を予定している。この実験では既に高い発電性能が示されている高温希ガスプラズマMHD発電を基礎として検討するために,はじめ動作温度を9000Kとし,その後動作温度を徐々に低下させ,そしてそこに高周波電磁界を印加することで凍結希ガスプラズマMHD発電を実現させる予定である。また,この実験についてもこれまでと同様に数値解析を実施し,内部の詳細なプラズマ流体現象の考察を行う予定である。なお,凍結希ガスプラズマMHD発電の検討については将来の実用化へ向けての指針を得ることを目的として,三年度目にまでわたって実施する予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
「長寿命水和電子」の探索

電子が水中で溶媒和されている「水和電子」は,負イオンとは異なって特定の分子あるいは原子に電子が属さない.本研究では,界面活性剤分子が形成するミセルの疎水部で光イオン化によって電子を発生させ,ミセル内部で生成した電子が水相で溶媒和する過程,および再結合によって水和電子が消失する過程のそれぞれを分光法によって観測し,その機構を検討した.フェムト秒時間分解近赤外吸収分光法を用いることによって,アニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤の双方が形成するミセルの疎水部で発生した電子が外側の水相に移動して,水相に出た電子がそこで水和するまでの過程を観測することに成功した.界面活性剤が形成するミセルの疎水部にピレンを可溶化させた.このミセル水溶液に紫外光パルスを照射することでピレンを多光子イオン化し,ミセル疎水部で電子を生成させた.ミセル疎水部で生成した電子が,極性がより大きな水相に移動して溶媒和(水和)し,安定な水和電子が形成する過程を,フェムト秒時間分解近赤外分光計を用いて観測した.実験には,学習院大学において研究代表者らが開発しているマルチチャンネル方式のフェムト秒時間分解近赤外分光計を用いた.紫外光照射による試料の損傷を避けるために,ミセル水溶液を循環させながら分光測定を行った.平成25年度は,アニオン性界面活性剤である硫酸ドデシルナトリウム(SDS)とカチオン性界面活性剤である塩化ドデシルトリメチルアンモニウム(DTAC)のそれぞれが形成するミセルの水溶液,およびこれらの界面活性剤の疎水基と同じ数の炭素ともつドデカンの3種類の溶液中において電子を発生させ,その溶媒和過程を測定した.実験の結果,2種類のミセル水溶液では,光照射直後に900から1600 nmにかけて広がる幅の広い吸収帯が観測された.これは,光イオン化によって生じた電子による吸収帯である.この幅の広い吸収帯の形状は数百フェムト秒後に変化し,吸収極大は可視領域へと移動した.ドデカン溶液では,光照射直後にはミセル水溶液の場合と同様に900から1600 nmにかけて広がる幅の広い吸収帯が観測された.しかし,ミセル水溶液の場合とは異なって,1ピコ秒後になってもこの幅の広い吸収帯の形状は変化しなかった.2種類のミセル水溶液中での実験の結果を比較すると,SDSのミセル水溶液中の方がDTACのミセル水溶液中よりも電子の水和に要する時間が長かった.これは,電子がミセル疎水部から移動する過程で,界面活性剤の親水部の電荷に依存して移動速度が変化することを示唆している.本研究課題の遂行においては,寿命が長い溶媒和電子を検出することが重要である.水中での多光子励起によって生成した溶媒和電子(水和電子)は数ピコ秒で減衰する.それに対して,ミセル水溶液中ではピコ秒を大きく超える減衰の時定数をもつ長寿命の水和電子が存在することが,前年度までの研究によって明らかになっている.これは,通常の水和電子とは大きく異なる.今年度は,この長寿命の水和電子の挙動を明らかにするために,ピコ秒よりも長いナノ秒あるいはマイクロ秒の時間領域における時間分解測定が可能な時間分解可視吸収分光計を構築した.この分光測定を実現するために,本補助金で光センサモジュールとしてキセノンフラッシュランプモジュールを新たに購入した.このキセノンフラッシュランプの発光波長は可視領域全域におよび,発光の時間幅は数十マイクロ秒である.新たに購入したキセノンフラッシュランプと,学習院大学に既設の分光器および光電子増倍管,ポンプ光を供給するフェムト秒パルスレーザー,このフェムト秒パルスレーザーと光の検出の間のタイミングを同期させるための電気回路,および信号処理をするデジタルオシロスコープを組み合わせて,ナノ・マイクロ秒領域での時間分解可視吸収分光計を新たに構築した.測定全体の制御のためのソフトウエアも新たに開発した.その結果,ポンプ光を供給するフェムト秒パルスレーザーと同期したナノ・マイクロ秒の時間領域での時間分解可視吸収分光スペクトルの測定が可能となった.メタノールおよびエタノール中において生成させた溶媒和電子の時間分解近赤外吸収スペクトルの測定結果を詳しく解析して,これらの溶液中での電子の溶媒和過程について考察した.溶媒和電子による吸収帯の位置が時間に対して連続的に変化することから,メタノールおよびエタノール中での電子の溶媒和過程が連続的に進行することが強く示唆された.本年度は,可視領域から近赤外領域での連続的測定を可能とするフェムト秒時間分解吸収分光システムを構築した.この分光システムでは,プローブ光として用いる白色光を発生させるための励起光として500 nmの光パルスを用いる.従来の分光システムでは800 nmの光パルスを用いていたが,この方法では700から900 nmの領域での時間分解吸収測定が困難であった.新たな方法では,700から900 nmの波長領域での時間分解吸収測定が可能となった.この波長領域では,水中での溶媒和電子による吸収帯が観測される.電子の溶媒和過程を精度よく追跡するための新たな方法を開発することができたといえる.前年度に構築したナノ・マイクロ秒領域での時間分解可視吸収分光システムの性能を評価して,この分光システムの改善を進めた.

このシステムでは,ポンプ光発生に利用するフェムト秒チタンサファイアレーザーとプローブ光として利用するキセノンフラッシュランプの発光を電気的に同期して用いる.光の検出には光電子増倍管を用いる.分光システム全体の装置応答時間は約10ナノ秒であり,プローブ光パルスの持続時間は約500ナノ秒と評価された.電気的な同期のタイミングを調整することで,遅延時間を1ミリ秒まで延長できる.上述のフェムト秒時間分解可視-近赤外吸収分光システムとあわせると,100フェムト秒から1ミリ秒までの遅延時間で時間分解吸収測定を行える分光システムを構築することができた.平成28年2月から3月にかけて中国計量学院のYe Manping博士を学習院大学に招聘した.Ye博士は溶媒和電子の分光実験についての豊富な経験を有する.Ye博士と研究代表者は,溶媒和電子についての分光実験の結果を共同で解析した.その解析をもとに,共著の論文を出版する予定である.電子が水中で溶媒和されている「水和電子」は,負イオンとは異なって特定の分子あるいは原子に電子が属さない.本研究では,界面活性剤分子が形成するミセルの疎水部で光イオン化によって電子を発生させ,ミセル内部で生成した電子が水相で溶媒和する過程,および再結合によって水和電子が消失する過程のそれぞれを分光法によって観測し,その機構を検討した.フェムト秒時間分解近赤外吸収分光法を用いることによって,アニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤の双方が形成するミセルの疎水部で発生した電子が外側の水相に移動して,水相に出た電子がそこで水和するまでの過程を観測することに成功した.平成26年度は,後述のように,本研究課題における主要な実験手段である「フェムト秒時間分解可視吸収分光法」および「フェムト秒時間分解近赤外吸収分光法」の光源として利用しているチタンサファイア再生増幅システムに付随する冷却水循環器および同システムの制御電子回路の不調が続いた.そのため,チタンサファイア再生増幅システムを安定して運用することができない期間が発生した.このために,レーザーを利用したフェムト秒時間分解分光測定の実験に遅れが出ている.一方で,レーザーではなくキセノンフラッシュランプを利用したナノ・マイクロ秒時間分解可視吸収分光計を構築することは実現した.ポンプ光にはフェムト秒レーザーの出力を用いることで,長寿命の溶媒和電子の挙動を詳細に調べるための手段が揃った.アルコール中での電子の溶媒和過程が連続的であることは,これまで自明ではなかった.実験をもとにアルコール中での電子の溶媒和が連続的に進行することを主張することができたことは,重要な貢献であったといえる.今年度の研究では,装置の不調による遅れが発生した.その一方で,新たな分光実験の装置を構築し,アルコール中での電子の溶媒和について重要な知見を得ることができた.以上の経緯を総合的に勘案して,現在までの達成度を「やや遅れている」と判断した.分光物理化学平成27年度には,フェムト秒時間分解可視吸収分光法およびフェムト秒時間分解近赤外吸収分光法に加えてナノ・マイクロ秒時間分解可視吸収分光法を利用して,長寿命溶媒和電子の生成と安定化,および減衰の挙動を観測する.界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム(SDS)および塩化ドデシルトリメチルアンモニウム(DTAC),可溶化する色素としてピレンを用いた系を中心にして,ミセル溶液中に存在するミセル疎水部での多光子イオン化によって生成した電子の溶媒和過程を明らかにする.生成直後の電子は,波長900 nm以上の近赤外部に吸収帯を持つ.溶媒和の進行にともなって,電子のエネルギーが安定化して,近赤外部の吸収帯は高エネルギー側の可視部へと移動する.
フォ-クナ-とピンチョンにおける権力構造と「書くこと」との関係に関する考察

当研究者はフォ-クナ-の『寓話』とピンチョンの『重力の虹』において,個人と集団の間にどのような権力構造が存在し、それがどのような機能を果たしているかという問題と、現代の文学批評理論における大きな問題である作者と作品と読者の関係にひそむ権力構造の問題がこれらの作品においてどのように現われているかという問題を研究した。その結果次のことが明らかになった。まず個人と集団の間の権力構造であるが,両作品とも戦争を舞台としている。戦争とは敵と味方の区別が単純な形で示される状況であり、軍隊という強固にして絶対的ヒエラルキ-体制が権力を掌握する状況である。しかし両作品が示す重要な対立関係は敵と味方の間に存在するのではない。『寓話』における真の対立関係は味方の軍隊の上下関係にこそ存在する、即ち兵士の敵は戦闘の相手ではなく自分の上官なのである。『重力の虹』においても同様に、ヒエラルキ-の上層部の「エリ-ト」と下層部の「クズ」の間に真の権力関係が存在する。『重力の虹』においては更に、「システム」と「ゾ-ン」そしてその中間といった多様な要素が権力関係を成立させ、『寓話』より一層構造が複雑にからみあっている。このような権力関係は作者と読者の間にも存在する。両作品において作者はもはや書く存在としての絶対性を維持しているとはいえない。ナラティブを機能させるのは作中の「読む者」の役割を担う人物であり、しかもこの人物もテクストの不確実性の中にのみこまれる。「書く者」の権力は消滅に向い、読者の権力が拡大する。こうした権力関係の背景には『重力の虹』に示されたようにピュ-リタニズムの存在が予想される。今後は平成三年度研究課題として申請したように、19世紀のメルヴィル化にさかのぼってこの研究をすすめたい。
核-細胞質間蛋白質輸送制御と細胞核ストレス応答

核-細胞質間蛋白質輸送に関する研究は、輸送因子や核膜孔複合体構成因子の同定・性状解析などが進み、基本メカニズムの理解が進んだ。しかし、核-細胞質間蛋白質輸送が、細胞分化、個体発生、細胞周期などの複雑な生命現象にどのように関連しているか不明である。本研究では、細胞核が様々なストレスにどのように応答するのかを、核-細胞質間蛋白質輸送制御の観点から解明を進めた。これまで、核一細胞質間蛋白質輸送機構に関する研究は、輸送担体であるimportinβファミリー分子、importinαファミリーを代表とするアダプター分子、低分子量GTPaseであるRanやそのサイクルに関する因子群の発見ならびに性状解析が精力的に進められた。その結果、輸送機構に関する基本的な分子メカニズムのモデルが提唱される段階にまで研究は進展した。しかし、核一細胞質間蛋白質輸送が、個体発生、細胞分化・増殖、細胞周期といった様々な生命現象とどのように深く関連しているのかについてはほとんど知見がない。本研究は、importinβに結合することなく単独で核内に移行する能力を有することをわれわれが初めて発見した分子であるimportinαやRanのストレス依存性細胞内局在変化の分子メカニズムを明らかにするとともに、細胞核がどのようにストレスに対処するのかを、核一細胞質間蛋白質輸送制御の観点から解明することを目的として研究を開始した。その結果、細胞がストレスを受けた際に、細胞内のATP濃度が著しく低下することを明らかにし、そのATP濃度の低下がRanの細胞内局在変化を誘導することを発見した。これは、細胞内ATP濃度を低下させる薬剤を用いた場合にも再現でき、逆に、ATPを導入した細胞では、ストレス条件下でもRanの局在に変化は生じないことが明らかとなった。このことから、ATP濃度低下がRanの局在異常を導き、ストレス条件下で起こる核蛋白質輸送の制御反応の引き金になる可能性が考えられる。また、ストレス条件下でimportinαが核に蓄積することを明らかにしてきたので、核内に蓄積したimportinαが何らかの遺伝子の発現に影響を及ぼす可能性を考え、DNAアレイを用いて、importinαが核に蓄積した状態とそうでない状態で発現に差が見られる遺伝子の探索を開始している。核-細胞質間蛋白質輸送機構に関する研究は,輸送担体であるimportinβファミリー分子,importinαを代表とするアダプター分子,低分子量GTPaseであるRanやそのサイクルに関する因子群の発見ならびに性状解析が進められ,輸送機構に関する基本的な分子メカニズムの理解が進んだ.しかし,核-細胞質間蛋白質輸送が,個体発生,細胞分化・増殖,細胞周期といった様々な生命現象とどのように深く関連しているのかについては知見が乏しい.本研究は,importinβに結合することなく単独で核内に移行する能力を有することをわれわれが発見したimportinαやRanのストレス依存性細胞内局在変化の分子メカニズムを明らかにするとともに,細胞核がどのようにストレスに対処するのかを,核-細胞質間蛋白質輸送制御の観点から解明することを目的とする.本年度は,細胞がストレスを受けた際に,細胞内ATP濃度が低下すること,そのATP濃度の低下がGTP結合型Ranの減少ならびにRanの細胞内局在変化を誘導することを報告した.このRanの局在異常がimportinαの核内蓄積を導き,ストレス条件下で起こる核蛋白質輸送の制御反応の引き金になることを提唱した。また,ストレス条件下でimportinαが核に蓄積することの生理的意義を明らかにするため,核内に蓄積したimportinαが何らかの遺伝子の発現に影響を及ぼす可能性を考え,DNAアレイを用いて,importinαが核に蓄積した状態とそうでない状態で遺伝子発現に差異が見られるかを解析したところ,ヒストンなど,多くの遺伝子の発現が抑制されるという興味深い結果を得た.さらに,importinαによりヒストンのアセチル化反応が亢進するという予備的結果も得ており,核内に蓄積したimportinαの新たな機能を見出す手がかりが得られたと考えている.核-細胞質間蛋白質輸送機構に関する研究は、importin βファミリー分子、importin αファミリー分子、低分子量GTPase Ranやそのサイクルに関する因子群の発見ならびに性状解析が精力的に進められ、輸送機構に関する基本的な分子メカニズムが提唱される段階にまで研究は進展した。しかし、核-細胞質間蛋白質輸送が、個体発生、細胞分化・増殖、細胞周期といった様々な生命現象とどのように深く関連しているのかという点についてはほとんど研究が進んでいない。一方、われわれは、これまでの研究から、importin αが単独で核内に移行する能力を有することを初めて発見するとともに、細胞が紫外線照射や熱ショック、酸化ストレスなどの様々なストレスを受けた時に、そのストレスに応答して速やかに核内に集積するという興味深い現象を見出した。本研究では、ストレスに応答して核内に集積したimportin αが、核内でどのような機能を果たすかを知る目的で、importin α核内集積条件下でDNAマイクロアレイ解析を行ない、発現の変化する遺伝子を探索したところ、発現が著しく上昇する遺伝子として、機能未知のキナーゼであるSTK35を見出した。

STK35を恒常的に発現する細胞株を得て、その細胞に酸化ストレスを負荷したところ、コントロールの細胞と比べて細胞死が誘導される割合が上昇した。つまり、STK35は、ストレスを受けた細胞が細胞死に向かうために重要な役割を果たす分子の1つと考えられ、ストレスに応答して過剰に核内に集積したimportin αがSTK35の発現を増加させ、ストレスを回避できなかった細胞の死を誘導するのではないかと推測されるという興味深い結果が得られた。今後は、核内でSTK35がリン酸化する標的分子を同定し、どのようなカスケードで細胞核はストレスに対処するのかを明らかにしていく。核-細胞質間蛋白質輸送機構に関する研究は、importin βファミリー分子、importin αファミリー分子、低分子量GTPase Ranやそのサイクルに関する因子群の性状解析が精力的に進められ、輸送機構に関する基本的な分子メカニズムが提唱される段階にまで研究は進展した。しかし、核-細胞質間蛋白質輸送が、個体発生、細胞分化・増殖、細胞周期といった様々な生命現象とどのように深く関連しているのかという点についてはほとんど研究が進んでいない。一方、われわれは、これまでの研究から、importin αが単独で核内に移行する能力を有することを初めて発見するとともに、細胞が紫外線照射や熱ショック、酸化ストレスなどの様々なストレスを受けた時に、そのストレスに応答して速やかに核内に集積するという興味深い現象を見出してきた。本研究では、ストレスに応答して核内に集積したimportin αが、核内でどのような機能を果たすかを知る目的で、importin α核内集積条件下でDNAマイクロアレイ解析を行ない、発現の変化する遺伝子を探索したところ、発現が著しく上昇する遺伝子として、機能未知のキナーゼであるSTK35を見出した。STK35を恒常的に発現する細胞株を得て、その細胞に酸化ストレスを負荷したところ、コントロールの細胞と比べて細胞死が誘導される割合が上昇することがわかり、STK35の発現を通してimportin αがストレス応答に関与している可能性を示唆できた。また、importin αがDNAに直接結合することを見出すとともに、p53と結合することにより、p53の機能を制御している可能性が示唆され、現在、p53の転写に及ぼす効果を解析している。核-細胞質間蛋白質輸送機構に関する研究は、importin βファミリー分子、importin αファミリー分子、低分子量GTPase Ranやヌクレオポリンなどの性状解析が精力的に進められ、輸送機構に関する基本的な分子メカニズムが解明された。しかし、核-細胞質問蛋白質輸送が、個体発生、細胞分化・増殖、細胞周期といった様々な生命現象とどのように関連しているのかという点についてはほとんど研究が進んでいない。一方、われわれは、これまでの研究から、importin αが単独で核内に移行する能力を有することを初めて発見するとともに、細胞が紫外線照射や熱ショック、酸化ストレスなどの様々なストレスを受けた時に、そのストレスに応答して速やかに核内に集積するという現象を見出してきた。
混合効果モデルにおける変量効果の特定化と小地域推定への応用

混合効果モデルを用いた小地域推定法において、新たな統計モデルの開発とそれに伴う理論解析を行った。特に、地域差を表現する変量効果の分布の仮定が必ずしも現実のデータと整合的でないことに注目し、それらを解消する有効な手法の開発を目指した。本研究では、データ変換を用いた手法の開発、不均一分散を扱うモデルの提案、変量効果の選択を可能にする有効な手法の開発、リンク関数を用いたモデルの提案、を行った。本研究課題では,変量効果モデルを用いた小地域推定法が抱える諸問題に対して,数理統計の理論的側面から有用な解決策を新たに提案し,シミュレーション実験によって数値的な比較を行い,現実のデータ解析での有用性を示すことを目的として実施した.主な内容は以下の通りである.(A)データが正値や比率値をとるケースに対してはリンク関数を用いたモデルが有用であり,簡便性のため,これまでベイズ流のアプローチによる手法が利用されていた.しかし,ベイズ流のアプローチでは事前分布の設定に結果が左右される等の弱点がある.そこで,経験ベイズ法に基づく頻度論的なアプローチについて考察し,容易に実行可能な推定アルゴリズムを提案した.(B)リンク関数を用いたモデルにおいて,使用するリンク関数は使用者によって恣意的に決定される.しかし,データに対して不適切なリンク関数を使用してしまうと,地域平均の推定精度が悪化してしまう.そこで,スプライン関数を用いたリンク関数のモデリングを導入し,モデルパラメータだけでなくリンク関数も同時推定することで,データに対して適合的に小地域モデルを当てはめる手法を提案した.(C)変量効果は地域間の異質性を表現するために利用されているが,地域によっては変量効果を必要としないケースがある.そこで,頻繁に用いられる自然指数型分布を用いた変量効果モデル(階層モデル)に焦点を当て,地域ごとの変量効果の有無の不確実性もモデルに組み込んだ手法を提案した.本研究により,小地域推定において指摘されてきたいくつかの問題点が解決された. (A)については論文としてまとめ国際査読誌に投稿中である. (B)については論文としてまとめ国際査読誌に投稿する準備を進めている. (C)については国際査読誌に掲載された.本研究課題は、変量効果モデルを用いた小地域推定法が抱える諸問題に対して、有効な解決策を与え、該当分野の発展に貢献することを目的として実施された。昨年度中に投稿した論文を出版するための改訂作業と同時に、今年度は主に以下の課題に取り組み、研究成果を得ることができた。(A)昨年度の引き続き、リンク関数を用いた変量効果モデルにおけるリンク関数の設定問題について取り組んだ。罰則付きスプライン法を用いたリンク関数の推定方法を導入し、階層ベイズ法による推定方法を開発した。本研究はカールトン大学のJ.N.K.Rao教授との共同プロジェクトとして実施した。(B)有限母集団における地域別特性値の推定は、貧困地図に代表されるように、ローカルな情報を視覚化する上で重要な問題であるが、従来の変量効果によるアプローチでは、応答変数の分布に恣意的な仮定が課されていた。そこで、パラメトリックな変換を導入して、従来のアプローチよりも柔軟な地域別特性値の推定方法を提案した。(C)地域別の集計データに対する変量効果モデルは、モデルの仮定が強く、外れ値や変量効果の分布の誤特定に頑健でないということが指摘されていた。そこで、density power divergnceと呼ばれる考えを導入して、頑健な小地域推定法を開発した。上記の研究課題では、シミュレーション実験やデータ解析によって既存手法との性能比較を行った。また、提案手法を実装したプログラムは、一部オンラインで公開している。(A)で検討したリンク関数のモデルは有用であるが,誤差分布や変量効果に対する分布の仮定が強いとの指摘がある.そこで分布の仮定を必要としないセミパラメトリックな手法について考察する.(C)での研究過程で,変量効果の真の分布とモデルで仮定している分布が異なっている場合,従来の手法の推定精度が予想以上に悪化することがシミューレション実験により確認することができた. (C)では変量効果の分布を柔軟なものに置き換えるというアプローチを図ったが,従来手法のロバスト化について考察する.29年度が最終年度であるため、記入しない。経済統計29年度が最終年度であるため、記入しない。
神経膠細胞シナプス外GABA分子伝達回路を標的とした催眠導入法の開発

神経膠細胞からのGABA放出機構について検討した。1、培養ラット海馬神経膠細胞から放出されるGABAを高速液体クロマトグラフィーで測定した。機械刺激、高Kリウム溶液、ATP刺激により神経膠細胞からのGABA放出が認められた。3、ATPならびにP2Y受容体アゴニストは神経膠細胞内カルシウム濃度を上昇させ、この作用はホスホリパーゼC阻害剤neomycin・U73122、イノシトール3燐酸受容体阻害剤xestosponginで抑制された。4、ATPと同様にアデノシンならびにアデノシンA_<2a>受容体アゴニストCGS21680も培養ラット海馬神経細胞からのGABA放出を刺激した。5、この作用はアデノシンA_<2a>受容体アンタゴニストDMPX、PKA阻害剤H-89で抑制された。6、アデノシンならびにCGS21680は神経膠細胞内カルシウム濃度を上昇させ、この作用はDMPX、H-89で抑制された。以上の結果は、神経膠細胞からのGABA放出に少なくとも2つの経路(1)ATPがP2Y受容体活性化→Gq蛋白質活性化→ホスホリパーゼC活性化→ホスファチジルイノシトールの加水分解→イノシトール3燐酸産生→小胞体のイノシトール3燐酸受容体を活性化→カルシウム放出→細胞内カルシウム濃度の上昇→GABA放出、(2)アデノシンがアデノシンA_<2a>受容体を活性化→Gs蛋白質活性化→アデニレートシクラーゼ活性化→cAMP産生→PKA活性化→細胞内カルシウム濃度上昇→GABA放出、が存在することを示唆している。1、培養ラット海馬神経膠細胞を用いて、GABA輸送担体機能をGABA輸送担体電流を指標として解析した。その結果、GABA輸送担体機能がATP受容体シグナルによって調節されていることが判明した。2、アフリカツメガエル卵母細胞膜にGABA輸送担体とP2X受容体あるいはP2Y受容体を同時発現させた。GABA輸送担体電流はP2Y受容体活性化によって影響を受けなかったが、P2X受容体活性化によって抑制された。この結果は、GABA輸送担体が膜電位の変化によって調節されていることを示唆している。3、培養ラット海馬神経膠細胞からのGABA放出を高速液体クロマトグラフィーで測定した。神経膠細胞からのGABA放出は機械刺激、高Kリウム溶液、ATP刺激により放出されることが判明した。4、P2Y受容体アゴニストは神経膠細胞からのGABA放出を増大したが、P2X受容体アゴニストは効果がなかった。この結果は、ATPがP2Y受容体を介して神経膠細胞からのGABA放出を刺激することを示唆している。5、ATPが培養ラット海馬神経膠細胞に発現しているP2Y受容体活性化→Gq蛋白質活性化→ホスホリパーゼC活性化→ホスファチジルイノシトールの加水分解→イノシトール3燐酸産生→小胞体のイノシトール3燐酸受容体を活性化→カルシウム放出、の経路を介して神経膠細胞内カルシウム濃度を上昇させることを明らかにした。この神経膠細胞内カルシウム濃度上昇が引き金となってGABA放出を刺激している可能性がある。
鼻粘膜のリモデリングと鼻過敏性変化に関する基礎的研究

鼻アレルギーモデルマウスのリモデリングモデルを作成したが、抗原の曝露期間の増大と共に、鼻粘膜の杯細胞数の増加と粘膜上皮下の膠原線維の占める割合の増加を認めた。さらに、抗原曝露期間の長期化に伴って粘膜上皮の脱落や粘膜下血管の増加や血管の拡張を認めた。これらの結果より、鼻アレルギーモデルマウスに対して抗原の反復刺激によってリモデリングが生じることが確認できた。Penhによる鼻過敏性変化への他覚的な評価では、抗原刺激前のPenhは19日にピークであり、その後一旦低下し徐々に増加する結果であった。さらに、抗原刺激後のPenh変化は、8分間、30分間いずれも26日をピークに、その後徐々に低下した。従って、Penhの結果からは、抗原の反復投与によって鼻腔内腔の狭小化が起きても、抗原に対する鼻過敏性は徐々に低下していることが示唆された。鼻腔では抗原の反復刺激に対して鼻過敏性への適応が生じていることが推測され、鼻過敏性への適応はおそらくリモデリングによってもたらされており、リモデリングは生体の防御反応として生じていると推測された。
がん進化による治療耐性を引き起こす肝がん幹細胞様クローンの同定

進行がんの治療薬に対する耐性には、がん進化現象が関与することが示唆されている。がん進化を引き起こす肝がん幹細胞様クローンを同定するために、消化器がんの中でも細胞不均一性に富む肝細胞がん患者について、治療耐性から転移を誘発するがん幹細胞様クローンに着目して探索する。具体的には、分子標的薬や化学療法の治療中に肝内・肝外転移を生じた患者において、独自の液体生検技術で血液中の循環腫瘍細胞(CTC)を採取する。得られたCTCに対してシングルセル分子解析を実施しがん幹細胞様クローンを同定する。さらに独創的な機能評価系でがん幹細胞性の責任遺伝子を見出し新たな創薬シーズとして提案する。
高速注入イオンダイナミックスのイオン導電性酸化物構造依存性

種々のペロブスカイト型酸化物焼結体(粒径約20μm)に高速重水素イオンを注入した時、注入重水素の一部が厚さ0.3mm程度の試料中を透過し試料裏面[試料を裏返した部分]に達していること(異常透過)を観測した。本研究では、ペロブスカイト型酸化物を主として、異常透過に対する粒界及び試料中の水分の影響、さらにパイロクロア型プロトン導電性酸化物中の異常透過の有無を調べ、以下の結果を得た。厚さ0.25mmのSrTi_<0.97>Sc_<0.03>O_3-α単結晶試料に100KeVD^+イオンを室温にて試料に垂直に10^<18>/cm^2注入した後、D(^3He、He)pイオンビーム核反応より放出されるpのエネルギー分布から重水素濃度分布を求めた。この結果、単結晶試料においても重水素の異常透過が観測された。従って異常透過に対する粒界の影響は小さいと言える。Heイオンビーム反跳水素検出法を用い、試料中の水分に含まれる水素濃度を求めた、乾燥処理により水素濃度は数10%から数%に減少したが、異常透過と水素濃度の直接的な相関は見られなかった。水素が必ずしも水分として存在しないことも考えられる。さらに、パイロクロア型プロトン導電性酸化物のLa_2Zr_2O_7(10%Y)(厚さ約0.4mm)においては高速注入重水素の異常透過は認められなかった。重水素異常透過のイオン導電性酸化物構造依存性に関する十分な知見は得られなかったが、重水素の異常透過の度合(注入量に対する透過重水素量の比)と高温でのプロトン移動度との関連性が見られた。これは試料温度が室温付近にもかかわらずイオン注入時にはあたかも高温状態にあることを示唆する。
運動器不安定症高齢者の骨折を予防するデバイスフリーシステム構築に向けた基礎的研究

モニタリング項目の厳選(調査A)、妥当性検証(調査B)およびデバイスフリーセンシング構築を進める。1MADS高齢者の主観的・客観的データを長期縦断的に取得し、それらの関連性をデータ科学の観点から分析する。2MADS高齢者の日常生活動作や生活パターンの変化、その影響要因・程度に関する調査を実施し、モニタリング内容を精選する。3看工連携により、デバイスフリーシステムの開発、実用化を進め良質で豊富なリアルデータ取得の実現を目指す。
新規お椀型縮環ポルフィリン誘導体による光電子機能性の創出

縮環ポルフィリン誘導体を利用した光電子機能性創出の一環として、四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体に対する置換基導入による非線型光学特性の発現と四重縮環ポルフィリン骨格を利用した拡張ヒドロキノン体を合成し、その特徴的な酸化還元挙動を明らかにした。外周部に五員環縮環構造を有する四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体に対して、対角に位置するように、電子供与性基としてメトキシ基、電子吸引性基としてニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、またはメトキシカルボニル基をそれぞれ導入した“Push-Pull"型誘導体を合成した。得られた各四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体誘導体に関して、クロロホルム中でhyper-Rayleigh散乱法によって二次の非線型光学特性を検討した。その結果、同様の置換基を導入したテトラフェニルポルフィリン-亜鉛(II)錯体に比べ、全ての四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体誘導体が、大きな分子超分極率を示した。またシアノ誘導体に対して、種々の溶媒を用いて分子超分極率に対する溶媒効果を検討したところ、水素結合性の酸性度の高いプロトンをもつクロロホルムが最も大きな値を示すことを明らかとした。さらに縮環部位にまで芳香族サーキットが広がっている四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体に対して、拡張キノン型の特性を付加する目的で、縮環アリール部位に、2つのヒドロキシ基を導入した誘導体を設計した。得られた拡張ヒドロキノン型四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体誘導体の酸化還元特性は電気化学測定によって明らかにした。さらに酸塩基滴定を行い、ヒドロキシ基の脱プロトン化によって、セミキノンラジカル構造が安定化されることを明らかにした。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、新規お椀型縮環ポルフィリン誘導体(ZnOFP)を得るために、縮環反応条件を検討した。ZnOFP誘導体の合成には、当初の計画通り、四重縮環ポルフィリン(ZnQFP)誘導体の縮環していないピロールのベータ位に、ブロモ基を4つ導入したテトラブロモ体を前駆体として用いた。縮環アリール部分のパラ位の置換基は、tert-Bu基あるいは、生成物の溶解性の向上を狙い、メシチル基を選択した。また縮環反応に用いる触媒は、ZnQFP誘導体を高効率に合成できるパラジウムクラスターを選択した。反応条件を検討した結果、縮環アリール部分のパラ位の置換基にtert-Bu基を導入したテトラブロモ体を前駆体として用いた場合に、縮環反応の進行が、MALDI-TOF-MS測定により確認された。しかし、反応生成物の溶解度が低く、詳細な分析は行うことができなかった。一方、縮環アリール部位にメシチル基を導入したテトラブロモ体を前駆体として用いた場合にも、同様の縮環反応を行った結果、MALDI-TOF-MS測定によりZnOFP誘導体に、カリウムイオンがひとつ付加したイオンに相当するピーククラスターが観測された。得られた反応生成物は、十分な溶解度を有しており、プロトンNMR測定では、重ジメチルスルホキシド中において、ZnOFP誘導体の対称性の高い構造に起因する二種類のシングレットシグナルが芳香族領域に観測された。さらに、得られた生成物はジメチルホルムアミド中での紫外可視吸収スペクトルにおいて、620 nm付近にブロードな吸収帯を示した。お椀型縮環ポルフィリン(ZnOFP)誘導体に関する研究は、研究実績の概要に述べたように、四重縮環ポルフィリン(ZnQFP)誘導体の縮環していないピロールのベータ位に、ブロモ基を4つ導入したテトラブロモ体を前駆体とし、反応条件を検討した。検討の結果、ZnOFPの生成を、MALDI-TOF-MS測定および1H NMR測定を用いて確認している。今後は、得られた生成物の単離精製を行い、自己集積化や光導電性の検討を行う予定である。また縮環ポルフィリン誘導体を利用した光電子機能性創出の一環として、ZnQFP誘導体の縮環アリール部位の対角の位置に、電子供与性基と電子求引性基を、それぞれ導入した"Push-Pull"型ZnQFPを合成し、その非線型光学特性を検討した。得られた"Push-Pull"型誘導体を用いて、クロロホルム中でハイパーレイリー散乱法により、二次の非線型光学特性を表す分子超分極率を求めた。1300 nmの入射光に対する"Push-Pull"型ZnQFPの分子超分極率は、730 ×10^-30 esuと大きな値を示した。一方、同様の置換基を導入したテトラフェニルポルフィリン誘導体の分子超分極率は、3 ×10^-30 esuだったことから、縮環構造の形成によって分子超分極率の値が、240倍も大きく向上したことが示された。

得られた各四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体誘導体に関して、クロロホルム中でhyper-Rayleigh散乱法によって二次の非線型光学特性を検討した。その結果、同様の置換基を導入したテトラフェニルポルフィリン-亜鉛(II)錯体に比べ、全ての四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体誘導体が、大きな分子超分極率を示した。またシアノ誘導体に対して、種々の溶媒を用いて分子超分極率に対する溶媒効果を検討したところ、水素結合性の酸性度の高いプロトンをもつクロロホルムが最も大きな値を示すことを明らかとした。さらに縮環部位にまで芳香族サーキットが広がっている四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体に対して、拡張キノン型の特性を付加する目的で、縮環アリール部位に、2つのヒドロキシ基を導入した誘導体を設計した。得られた拡張ヒドロキノン型四重縮環ポルフィリン-亜鉛(II)錯体誘導体の酸化還元特性は電気化学測定によって明らかにした。さらに酸塩基滴定を行い、ヒドロキシ基の脱プロトン化によって、セミキノンラジカル構造が安定化されることを明らかにした。お椀型縮環ポルフィリン誘導体に関する研究では、得られたお椀型ポルフィリンの特異なドーム型構造に基づき形成される異方性一次元鎖超分子集積体の構造を、結晶構造解析により明らかにする。また自己集積化構造形成に有利な長鎖アルキル基や、オリゴエチレングリコール鎖などの置換基を導入したお椀型ポルフィリン誘導体の合成を行う。また自己集積化構造形成のための置換基導入を行ったお椀型ポルフィリンを用いて、ディスコティック液晶特性の発現を目指す。示差熱測定や温度可変偏光顕微鏡測定を用いてお椀型ポルフィリンの液晶形成能を確認し、その後、基板上に分子を整列させ、配列制御に依存した電子移動特性を評価する。さらに得られたお椀型ポルフィリンとコラニュレンなどの曲面構造を持つπ共役分子との複合超分子の形成や、平面型のポルフィリン誘導体と混合することにより分離積層型超分子集積体を形成する。これらの複合超分子の形成を、結晶構造解析や、紫外可視吸収スペクトル測定によって評価する。また得られたお椀型ポルフィリンの一次元集積体を用いて、電子やホール、および励起エネルギーの伝導経路としての性能を評価する。一次元集積体中の電子移動速度や、光伝導度測定には、共同研究を利用して、時間分解マイクロ波伝導度測定などの手法を用いる計画である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
優れたメタボリックシンドローム抑止作用を狙う新しい有機医薬品の開発研究

近年浅野らによって、ユリ科の植物より新規なピロリジジンアルカロイドであるHyacinthacine類が単離された。これらは水酸基の数によりA, B, Cの3種類に分類され、糖代謝阻害作用を示すため、糖尿病疾患等に対する新たな治療薬として強く期待される。しかし、植物からの採取量が僅かなうえ、化学合成の成功例はA群のみであり、B, C群に関しては合成報告がない。これらの理由から、糖尿病等の疾患に対する新たな治療薬の開発を目的として、同群のうちB1, B2およびC2, C3を標的化合物と設定し、その全合成を達成するとともに、包括的合成経路の確立を目指した。本年度の研究実施成果(1)研究分担者1(高橋)とともに構造相関と活性発現のための分子軌道計算を含めたシミュレーションを行い、単離構造決定を手がけた連携研究者の北陸大学、浅野直樹教授および富山大学、加藤敦准教授らと密接に情報交換を行い、構造決定についての詳細な情報を交換した。(2)この間、天然物合成化学を専門とする研究分担者2(仙石)とともに、大学院学生と協力して合成実験を行った。その結果、当面の標的化合物であるhyacinthacine B1, B2の初の簡便かつ高選択合成を達成することに成功し、同様の手法を用いてC2, C3の合成検討を行った。骨格構築を行うに当たってのkey pointは次の2点であった。1)先ず、pyrrolizidine骨格の右側5員環の隣接する水酸基の立体を固定することであり、2)二つ目は、官能基をすべて持つ中間体アルデヒドを構築することである。具体的にはD-arabinoseから誘導することとした。すなわちD-arabinoseをトリベンジル化した化合物を調製し、これをアミナールに変換後立体選択的求核付加を行い、酸化分解を経てtransラクタムを得た。その後保護基を導入すると同時に、ラクタムへの求核性を高めるためにN-Boc体に変換した。そこでこのN-Bocラクタムへの求核付加を利用してビニル基を導入し、再度環化反応を行うことでピロリジン環を構築した。ついで酸化解裂により異性化を伴わずに重要中間体のアルデヒドを得ることに成功した。ついで得られたアルデヒドへの亜鉛を用いた選択的アリル化反応を行い、Sharpless不斉ジオール化を経由することで待望のピロリジジン環を構築するための前駆体を合成することが可能となった。最後に官能基選択的保護基の導入と閉環反応を行い、保護基をすべて除去することでhyacinthacine C2, C3およびそれらの異性体を含めた全合成に成功した。本年度の研究実施成果(1)昨年度に引き続き、研究分担者1(高橋)とともに構造相関と活性発現のための分子軌道計算を含めたシミュレーションを行った。さらに、単離構造決定を手がけた連携研究者の北陸大学、浅野直樹教授および富山大学、加藤敦准教授らと密接に情報交換を行うとともに、構造決定についての詳細な情報を受けつつ研究を進めた。(2)この間、有機合成化学を専門とする研究分担者2(仙石)とともに、博士課程学生と協力して合成実験を行った。当面の標的化合物であったhyacinthacine B1,B2の初の簡便かつ高選択合成を達成したことは既に報告した。さらに昨年度は同様の手法を用いてhyacinthacine C2,C3の合成検討進めた結果、その立体異性体を含めた合計4種類すべてを合成することに成功したことを報告した。今年度は新規なピペリジンアルカロイドであるBatzellaside類の幅広い生理活性調査を目的とした合成研究を行った。Batzellaside類は、海綿Batzella sp.より単離された極めて珍しい海洋生物由来のピペリジンアルカロイドであり、表皮ブドウ球菌に対し抗菌活性(最小発育阻止濃度6.3μg/mL)を示すがこれまでに合成例は皆無である。本研究の目的はこれ以外の優れたメタボリックシンドローム抑止作用を狙うものである。まずアラビノースより15段階の官能基変換を行い、ピペリジン誘導体を得た。これへのアリル化反応はトリフルオロメタンスルホン酸tert-ブチルジメチルシリル存在下アリルトリメチルシランを添加することにより進行し、84% deのジアステレオ選択性でアリル体を与えた。このオレフィンに対し、ジヒドロキシル化とそれに続く酸化的開裂を行いアルデヒド基へと変換し、さらにノニルGrignard試薬付加により、分離可能なジアステレオマーであるアルコールへと誘導した。得られたジアステレオマーのうちの主成分に対して全保護基の脱保護を行った結果、エピ体ではあるが初の8-epi-batzellaside Bの全合成に成功した。

1.研究分担者1(高橋)とともに構造相関と活性発現のための分子軌道計算を含めたシミュレーションを行い、単離構造決定を手がけた連携研究者の北陸大学、浅野直樹教授(前薬学部長)および富山大学、加藤敦准教授らと密接に情報交換を行い研究を進めた。2.この間、天然物合成化学を専門とする研究分担者2(仙石)とともに、大学院学生と協力して合成実験を行った。当面の標的化合物であったユリ科の植物であるScillasocialisより単離、構造決定された糖代謝の阻害作用を有するhyacinthacine B1, B2およびC2, C3については、入手が容易な(S)-(-)-2-ピロリドン-5-カルボン酸を出発原料とし、精密な官能基変換を行うことで全収率20%以上での初の全合成に成功した。同様の活性発現が期待されるポリヒドロキシアルカロイドとして、2006年に新規にマダガスカル島西海岸に生息する海綿Batzella sp.より単離、構造決定された(+)-batzellaside A, BおよびCが挙げられる。これらは海洋生物由来では極めて稀なピペリジンアルカロイドであり、表皮ブドウ球菌に対して抗菌活性を示すことが知られているが、現在までに合成報告例はない。そこで本研究では、L-アラビノース誘導体とL-ピログルタミン酸を出発物質とし、ジアステレオ選択的なアリル化反応による多置換ピペリジン骨格形成を鍵工程とすることで、二通りの簡便かつ高立体選択的な(+)-batzellaside Bの全合成を達成するとともに、それらの誘導体の構築方法を確立した。当初の計画では、平成24年度である最終年までにピロリジジン環を持つアルカロイド、hyacinthacine B1,B2およびC2,C3に関する合成を達成目標としていたが、すでに2年間でこれらを達成するだけでなく、新規なピペリジンアルカロイドであるbatzellaside類についても、8-epi体ではあるがその合成を完結しているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。海綿Batzella sp.より単離された、極めて珍しい海洋生物由来のピペリジンアルカロイドであるBatzellaside類についてはこれまでに全く報告例がないため、今後は分離可能なジアステレオマーとして得られた副成分であるアルコールを用い、天然物の持つ全立体を合成するとともに、未確認の絶対配置についても世界に先駆けて同定しようと計画している。可能であれば合成経路の改善により、短段階かつ効率的な合成プロセスの確立を目指したい。
ウェブ図の代数的研究

本年は京都大学数理解析研究所でプロジェクト「21世紀の低次元トポロジー」が行われ,組織委員の一人として参加した。テーマの一つとして量子不変量があげられており,内外の多数の研究者が集まって活発に交流が行われ,本研究にも多大の貢献があった。本年の成果をまとめると次のようになる。1.代数的側面についてプロジェクト「21世紀の低次元トポロジー」に参加したD.Thurstonは,ウェブ図のなす代数系に対して「微分」(derivation)を導入し,自明な結び目に対応する元についての非常に基本的な表記法を得た。また,これに附随してこの代数の二種類の積構造から定義される二種類の環構造についての同型対応を構成した。これについて京都大学数理解析研究所での短期共同研究「多重ゼータ値の諸相」で紹介し,その際に,多重ゼータ値の研究でのシャッフル積と調和積の間の関係と対応することが明かとなった。これを受け,多重ゼータ値の理論との関係について研究を開始した。また,「21世紀の低次元トポロジー」の参加者とウェブ図のなす代数系の呼称について話し合い,今後はヤコビ(Jacobi)図と呼ぶことで合意した。2.幾何的側面についてウェブ図と深く関係する量子不変量に対し,「体積予想」と呼ばれる問題がある。これは双曲構造が入る3次元多様体に対し,その体積が量子不変量からある方法で決まるのではないかという予想である。量子不変量には様々な側面があるが,量子6j-記号と呼ばれるものに注目し,体積予想から推察して双曲四面体の体積が量子6j-記号から得られると考え,研究を進めた結果,双曲四面体の体積を表す新たな公式を得た。今年度は、ウェブ図に関連する次の2つの成果を得た。1.結び目補空間の補空間に双曲構造が入る,すなわち負の定曲率空間の構造が入るとき,この補空間の体積とジョーンズ多項式とのあいだにある関係が期待されることを明らかにした。ジョーンズ多項式はコンツェビッチ不変量から定まるものであり、コンツェビッチ不変量はウェブ図を用いて定義されているものなので,ウェブ図と双曲体積の間に関連があることになる。この研究の目的はウェブ図を用いて幾何的空間の新しい研究手段を構築することであったが,体積という計量的な不変量がウェブ図と関連することがわかり,ウェブ図が微分幾何的な性質の研究にも有用なことがわかった。2.タングルと呼ばれる結び目の図の一部分を切り出した図に対応するウェブ図の対称性について,次数の低い場合について詳しく解析した。この応用として,結び目の有限型不変量が互いにミュータントになっている2つの結び目を区別するためには,少なくともその次数が12以上でなければならないことを示した。ミュータントな結び目とは,2ータングルと呼ばれる。4つの足のある2つのタングルを2通りの方法で組み合わせてできる2つの結び目のことである。ミュータントな結び目はいろいろな意味で大変よく似た結び目であることが知られているが、有限型不変量の観点からもこのことが確かめられた。ウェブ図とは,経路積分の理論に出てくるファインマン図のようなもので,ある種のグラフに可積分性に対応する条件を課したものである。コンツェビッチはウェブ図の空間に値をとる結び目の不変量を定義し,申請者は大槻等とともにウェブ図の空間に値をとる3次元多様体の不変量を定義した。これらの不変量と,結び目や3次元多様体の量子不変量との関係を見ると,リー群やリー環,量子群などといった空間の対称性を記述する代数系,特にその非可換な代数構造についての普遍的な性質を,ウェブ図の空間がもっていることが期待される。このウェブ図の性質を代数的手法により明らかにするというのが本研究の目標であった。これに対し,本年度はハイゼンベルグ代数というもっとも基本的な有限次元可解リー環を用いた表現について研究し,古くから知られていた結び目のアレキサンダー多項式がウェブ図とハイゼンベルグ代数との組み合わせで記述されることを示した。従来より単純リー環による表現よりジョーンズ多項式などの量子不変量が記述できることは知られており,また,アレキサンダー多項式がホイールと呼ばれる円周から何本かの線がでているウェブ図と対応することも知られていたが,ハイゼンベルグ代数との組み合わせで,これらの事実をリー環論の立場から説明できるようになった。アレキサンダー多項式の一般化についてのある種の極限から結び目補空間の双曲体積が求まることが期待されており,この成果は,一般化されたハイゼンベルグ代数を用いることでウェブ図と双曲体積との関係がつくことを示唆している。