hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
関節炎モデルの内皮機能障害と過剰血管酸化ストレスに対するスタチンの効果検討

関節リウマチ患者では全身に及ぶ炎症により血管も障害を受けており、心筋梗塞や脳卒中などの発症率が高いが、その対策は確立していない。本研究では、高脂血症の薬として広く用いられているスタチンが、ラットの実験的関節炎モデルにおいて、血管の酸化ストレスを軽減させ、血管保護作用を有することを初めて明らかにした。これはリウマチ患者の心血管イベント抑制を目的としたスタチンの有用性に一つの科学的根拠を与えるものである。関節リウマチ(RA)患者は心血管イベント発症率が高く、生命予後を悪化させている。また、活動性亢進に伴い血管内皮機能障害が生じていることも報告されている。スタチン(HMG-CoA還元酵素阻害剤)は抗酸化作用・抗炎症作用など多様な薬理効果を有し、高脂血症・糖尿病・高血圧患者で障害された血管内皮機能の改善効果を有する。すなわち、同薬剤はRA患者の血管内皮機能障害の改善、そして心血管イベントの抑制に非常に有望である可能性がある。本研究において、我々はRAの動物モデルであるアジュバント関節炎ラットを用い、全身炎症により惹起される血管障害に対するスタチンの効果を検証した。関節炎発症時よりfluvastatin(5mg/kg/day)を3週間経口投与したところ、内皮機能障害は正常ラットレベルまで回復した。関節炎の程度や血清脂質濃度は変化なかった。酸化ストレスの程度を反映する血管壁4-ヒドロキシノネーナル修飾蛋白とニトロチロシンの蛋白量、また内皮細胞や平滑筋細胞の活性酸素産生はfluvastatin投与にて低下した。活性酸素産生に関与するNAD(P)HoxidaseとeNOSの酵素活性はfluvastatin投与で低下し、NAD(P)H oxidaseのp22phox component発現も低下していた。eNOSの発現は変化なかったが、その補酵素のtetrahydrobiopterinの血清レベルはfluvastatin投与で有意に上昇した。以上のとおり、我々はスタチンが実験的関節炎モデルにおいて血管保護作用を有することを明らかとした。本研究はRA患者の心血管イベント抑制を目的としたスタチンの有用性に一つの科学的根拠を与える。本研究において、我々はRAの動物モデルであるアジュバント関節炎ラットを用い、全身炎症により惹起される血管障害に対するスタチン(HMG-CoA還元酵素阻害剤)の効果を検証した。関節炎発症時よりfluvastatin(5mg/kg/d)を3週間経口投与したところ、内皮機能障害は正常化し、血管壁の酸化ストレスも低下した。活性酸素産生に関与するNAD(P)HoxidaseとeNOSの酵素活性はfluvastatin投与で低下し、NAD(P)H oxidaseのp22phoxコンポーネント発現も低下していた。本研究はRA患者の心血管イベント抑制を目的としたスタチンの有用性に一つの科学的根拠を与えるものである。さらに我々は、この関節炎モデルにアンジオテンシンIIを持続投与し、ラットの血管内皮機能および形態的変化について解析を行った。アンジオテンシンII持続投与による大動脈の中膜肥厚および血管内皮機能障害は、関節炎の誘導によって有意に増悪した。血管壁NAD(P)H oxidaseの活性と発現は、関節炎誘導あるいはアンジオテンシンIIの投与により亢進し、両者の存在によってさらに増加した。即ち、RA患者において、コントロールされていない炎症に、レニン・アンジオテンシン系の亢進など他の血管障害因子の両者が存在した場合には、血管障害の大きなリスクとなる可能性が示された。
新規長周期六方晶構造をもつ超高比強度Mg基ナノ結晶合金の開発

本年度の研究では、新規長周期六方晶構造の解析を行った結果、以下の合金で14周期原子構造が見出された。ひとつは、液体急冷したMg(97)Ln(2)Zn(1)(ここでLnはY,GdおよびSm)三元系を573Kで1.2から3.6ks熱処理した合金であり、他の一つは、液体急冷したMg97Y2Zn1合金である。LnとしてLaもしくはCeを含む合金はhcp-Mgおよび化合物相を生成し、液体急冷合金および熱処理合金の双方とも長周期六方晶構造の生成は確認されなかった。LnとMgの原子寸法比の増加および化合物の析出傾向の減少により、Mg基強制固溶体の生成傾向の増加が促進される強い傾向が認められた。また、液体急冷したMg97Y2Zn1合金の14周期構造の原子ミスフィット位置においてYおよびZnの濃縮がみられることが明らかになった。この原子レベルでのYとZnの濃度の分離は、Mg-Ln-Zn合金の高い安定性の要因のひとつと考えられる。Mg-Ln-Zn合金において二つの型の長周期六方晶構造が見出されたことは、将来的に高強度Mg基合金の開発にとって重要と考えられる。さらに、HAADF-STEM法によりMg97Y2Zn1合金の局所構造の解析を行った。その結果、この合金の原子構造の特徴として、周期構造の原子はMg結晶の6周期構造をユニットをもつ化学的な長周期原子規則を有していること、また、ZnとYが濃度的に富む積層欠陥を有していること、そして、これらの特徴的な構造を同時に併せもつことにより、高強度特性が発現していることが明らかになった。本年度(14年度)は、これまでに見出しているナノ結晶高強度Mg_<97>Zn_1Y_2(at%)合金の成分の特徴、すなわち、3元素以上の多元系、3つの元素の原子寸法比が12%以上異なっていること、互いに負の混合熱を有していること、さらに構成元素が全て六方晶であることの4項目に基づいて、同様な合金成分の特徴を持つMg-rich合金を選び、新規構造相である長周期六方晶が生成する合金系と組成を探査する。研究する合金系は、Mg-Zn-RE (RE : La,Ce,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Yb,Lu)系およびMg-Sc-RE系などの3元合金である。また、ナノ結晶Mg_<97>Zn_1Y_2(at%)合金が高強度特性を示す因子、優れた延性および高速超塑性の発現の解明を高分解能透過電子顕微鏡観察により行う。高強度特性が得られる因子は、(1)母相粒子の微細化強化、(2)ZnとYによる固溶体強化、(3)高密度面欠陥の存在と長周期六方晶Mg相の形成、および(4)Mg_<24>Y_5化合物粒子の分散強化の相乗効果によることを明らかにした。優れた延性および高速超塑性の発現の原因は、(1)結晶粒界に析出物がなく、微細なMg_<24>Y_5化合物がMg母相内に均一に分散していること、および(2)微細なMg_<24>Y_5化合物の均一分散および新規な長周期六方晶原子配列に起因して変形中の粒成長が困難になったためと考えている。長周期六方構造が生じる希土類元素はSm、Gd、Hoであり、LaおよびCeは化合物相が生じ長周期六方構造を生じなかった。LaおよびCeは、Mgとの原子寸法比が、それぞれ17%および15%と非常に大きく、Mg中の固溶限が小さいため容易に化合物相が生じてしまう。そのため、化合物相の析出にともない、過飽和にZnおよびREを含むMg相の格子ひずみを緩和してしまい、長周期六方構造が生じないと考えている。Mgの原子寸法を考慮し、長周期六方構造の出現をコントロールすることは、高強度マグネシウム合金の開発に重要であると考えている。これらの知見に基づいて、次年度でも新規長周期六方晶構造をもつ超高比強度Mg基ナノ結晶合金の開発研究を行う予定である。

さらに、HAADF-STEM法によりMg97Y2Zn1合金の局所構造の解析を行った。その結果、この合金の原子構造の特徴として、周期構造の原子はMg結晶の6周期構造をユニットをもつ化学的な長周期原子規則を有していること、また、ZnとYが濃度的に富む積層欠陥を有していること、そして、これらの特徴的な構造を同時に併せもつことにより、高強度特性が発現していることが明らかになった。
幼児における心的数直線の形成過程の検討：規定因の特定から日常場面への応用まで

本年度は,幼児における心的数直線の発達を明らかにするために,縦断調査とそれに関わる要因に関して調査した。まず,幼児(年少児) 33名を対象に,数直線上で数を見積る数直線課題を実施し,心的数直線の形成過程について縦断調査の3時点目を実施した。本年度で3年間のデータ収集が完了したため,3時点での分析を行った。その結果,1,2時点目では,数の順序や大きさが考慮されていない見積りであった者も,3時点目では33名中28名が数の順序が正しく隣り合う数が等間隔である見積りを行っており,直線的な心的数直線(直線型)を保持していることが分かった。しかし,提示された数直線の長さを考慮した単位量ではなく,自分の指の幅などを利用した単位量が反映されており,年長児でも成人と同じような直線型ではないことが明らかになり,数直線上で指の幅を使用して数を数える計数方略が関与していることが示唆された。次に,昨年度,心的数直線の形成過程に関わる要因として空間認知との関連を検討していたが明確な関連が見られなかったことを受け,両者の関連が見られていたアメリカで観察を行い,欧米圏と日本の保育の違いから心的数直線の形成がどのように異なっているかを検討した。その結果,日本と比較すると数を数えさせるような活動をしているpreschoolは少なく,小学校で使用するような定規が保育室に置かれており,物の長さを測定し,その大きさを数字で示すような場面が見られるpreschoolがあることが明らかになり,保育環境が異なることが明らかになった。以上より,指の幅などが単位量として反映された心的数直線を持つことは,日本の幼児の特徴である可能性が示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。心的数直線は数量概念の獲得を示す指標として考えられており,その発達過程を検討した研究が,これまでにも多くなされている。本年度は,幼児において数と量の2つのスキーマが適切に統合された直線型に至るまでの心的数直線の形成過程とそれに関わる要因の検討をし,その結果を学会発表や研究会で発表し,一部の結果に関しては論文に執筆した。まず,幼児(年少児・年中児・年長児)を対象に,数直線上で数を見積る数直線課題を実施し,心的数直線の形成過程について縦断調査を2時点行った。その結果,いずれも提示数と見積った数とのズレが大きい不正確な直線型の者が多かった。また,1時点目では,数の順序や大きさが考慮されていない見積りであった者も,2時点目では直線型に至っている者がいた。次に,見積りの不正確な直線型が正確な直線型へと至るための要因として,空間認知が関連していると考え,心的数直線の型と空間認知との関連を検討した。空間認知の課題は,数直線課題において,数直線全体を分割し,数を配置することに関わる能力(空間配置課題)と,提示された数直線の長さに応じ,個人の持つ心的数直線を拡大縮小し,調整することに関連するスケーリング能力を測定するスケーリング課題を実施した。両者の課題と数直線課題との関連を検討した結果,数直線課題では,見積りの成績に個人差があり,数の順序や大きさを考慮していない見積りがあったり,不正確な直線型の見積りがあったりした一方で,空間配置課題とスケーリング課題の成績は,全体的に成績が高かった。よって空間認知の課題では,全体と部分の関係を考慮した判断(比率判断)ができるが,数直線課題のように,数量と結びつけて比率判断をしなければならない場合,幼児には困難になることが示唆された。幼児における心的数直線の形成過程を明らかにするために,今年度は研究を2つ実施している。1つは,数直線課題の縦断研究で,数量表象の型の個人内の変化を検討し,関数に適合しない状態から対数型,あるいは直<1型・直>1型への変化や,直線の傾きに関するより詳細かつ正確な発達的変化を示した。もう1つは,空間認知が心的数直線の発達に及ぼす影響についてで,空間配置課題やスケーリング課題という独自の課題を開発し,心的数直線の型と空間認知との関連を検討し,両者の一部が重なることを明らかにできたため。

次に,昨年度,心的数直線の形成過程に関わる要因として空間認知との関連を検討していたが明確な関連が見られなかったことを受け,両者の関連が見られていたアメリカで観察を行い,欧米圏と日本の保育の違いから心的数直線の形成がどのように異なっているかを検討した。その結果,日本と比較すると数を数えさせるような活動をしているpreschoolは少なく,小学校で使用するような定規が保育室に置かれており,物の長さを測定し,その大きさを数字で示すような場面が見られるpreschoolがあることが明らかになり,保育環境が異なることが明らかになった。以上より,指の幅などが単位量として反映された心的数直線を持つことは,日本の幼児の特徴である可能性が示唆された。これまでの研究において,幼児期では直線の傾きが1から離れた直<1型や直>1型が多いことが明らかになった。そして見積る方略についても検討した結果,直<1型や直>1型には,指の幅のイメージが単位量の理解に関連している可能性が示唆された。今後は,幼児期の単位量の理解について検討する必要がある。さらに,空間認知と心的数直線との関連を検討した結果,空間認知の課題では,全体と部分の関係を考慮した判断(比率判断)ができるが,数直線課題のように,数量と結びつけて比率判断をしなければならない場合,数直線全体の長さを考慮して見積ることが困難であることが示された。つまり,数量を伴わない空間を把握する場面においては,比率判断を日常的に行っている可能性があるが,数量を伴った比率判断は,あまり意識されていない可能性がある。よって保育場面で,数量を比率的に扱う場面がどのように意識されているかどうか検討していく予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
金属チタンのより広範な利用を目的とした新規電解めっき法に関する研究

チタンは、高い耐蝕性や生体親和性といった、様々な優れた特性を有する金属であり、現在は、航空機や化学プラントの構造材料として利用されている。しかし、チタンの製造や加工のコストが高いことから、広く一般的に使用されているとは言い難い。チタンの用途には、その優れた表面特性を利用したものも多い。そのため、チタンのめっきが可能になれば、様々な分野での利用が進むことが期待される。電解によるめっきは、複雑な形状へのめっき、高速なめっきが可能等の特長を有しており、有望な手法の一つである。本研究では、高温で融解した溶融塩中での電解めっきにおいて、平滑な金属チタン膜を得るための最適条件を明らかにすることを目指す。
水溶性の高分子化フラーレンを用いた消化器がんの局所光線力学治療

ポリエチレングリコール(PEG)にて化学修飾することによってPEG-フラーレン結合体を作製した。期待通りにPEG修飾反応の進行とともにフラーレンは水可溶化した。得られた水溶性PEG-フラーレン結合体のin vitroにおける抗がん活性を細胞培養法にて調べたところ、結合体の存在下、光照射によってがん細胞の増殖が抑制された。なお、光照射を行わない場合には、水溶性PEG-フラーレン結合体はがん細胞の増殖抑制効果を示さず、結合体自身には抗がん活性がないことがわかった。皮下にがん細胞を移植することによって担がんマウスを作製をした。この担がんマウスの尾静脈内へ水溶性PEG-フラーレン結合体を投与したところ、結合体は、正常組織に比較して、より多くがん組織に集積した。結合体は、特別な臓器への集積性はなく、投与4日後にはがん組織以外の組織から排泄された。担がんマウスへ水溶性PEG-フラーレン結合体を静脈内投与した後、がん組織を光照射したところ、in vivoにおけるがん細胞の増殖は抑制された。光照射のみあるいは結合体の投与のみでは抗がん効果は得られなかった。分子量の異なるPEGによるフラーレンの化学修飾を種々の反応条件で行った。いずれの結合体も光照射によって癌細胞のin vitro増殖抑制効果を示した。水溶性PEG-フラーレン結合体のin vivo抗がん作用は、光照射時間および光照射エネルギーの増加とともに増強した。これらの抗がん作用は結合体の種類に関係なく、同程度であった。発がん物質を経口投与することによって、消化管にがんをもつ担がん動物の作製を試みた。得られた担がん動物を用いて、予備的に水溶性PEG-フラーレン結合体による癌の光線力学的療法を行ったところ、がんのサイズの縮小を認めた。本研究の目的は、光増感剤としてのフラーレンを投与した後、がん部位を光照射することによって、がん組織のみを選択的に破壊できる新しいがん治療システムを確立することである。まずわれわれは、ポリエチレングリコール(PEG)にて化学修飾することによってPEG-フラーレン結合体を作製した。分子量の異なるPEGによるフラーレンの化学修飾を行った。反応条件を変化させることにより作製した、水溶性PEG-フラーレン結合体のin vitroにおける抗がん活性を細胞培養法にて調べたところ、いずれの結合体も光照射によって癌細胞の増殖抑制効果を示した。

皮下にがんをもつ動物を用いて、水溶性PEG-フラーレン結合体のin vivoにおける抗がん作用を調べた。PEG-フラーレン結合体をがん局所へ投与した後、その部位を光照射したところ、光照射時間および光照射エネルギーの増加とともに、水溶性PEG-フラーレン結合体の光線力学効果が増強した。これらの抗がん作用は結合体の種類に関係なく、同程度であった。発がん物質を経口投与することによって、消化管にがんをもつ担がん動物の作製を試みた。得られた担がん動物を用いて、予備的に水溶性PEG-フラーレン結合体による癌の光線力学的療法を行ったところ、がんのサイズの縮小を認めた。
Ｓ１００Ａ１４の分子機能解析と乳癌の診断・治療への応用

S100A14は我々のマウス乳癌を用いた研究により、がんの転移を促進する分子として同定された。本研究はS100A14がヒト乳癌の診断や治療に応用できるかどうかの検証と、S100A14の分子機能を解明することを目的としている。その結果、S100A14が高発現する乳癌は患者の予後を悪くすることが明かとなった。また、ヒト乳癌細胞株を用いた実験では、S100A14は細胞骨格系蛋白と結合して、細胞の運動や浸潤を促進することが示された。本研究により、S100A14による乳癌患者の予後を予測する診断法やS100A14を標的とした分子治療の開発への道が開かれた。目的:我々は従来の癌転移の概念とは異なる非浸潤型転移モデルを作製し、このタイプの転移に関わる分子としてS100A14を同定した。本研究の目的はS100A14分子と癌の浸潤や転移との関係を明らかにし、乳癌の診断・治療へ応用することである。今年度はS100A14およびこのタンパクとの相互作用が報告されているS100A16の2つのタンパクに着目し、その発現がヒト乳癌の予後や悪性形質においてどのように関わるかを明らかにすることを目的とした。結果:乳癌症例167例の免疫染色による解析では、S100A14は88例、S100A16は52例において細胞膜に局在する強い発現を認め、両者の発現は有意に相関していた。これらのタンパクの高発現は低年齢・ER陰性・HER2陽性、さらに不良な予後と有意な相関を示した。乳癌細胞株MCF7を用いた実験的解析では、両タンパクは隣接する細胞との接着面と遊走先端部における接着斑に局在を示した。免疫沈降法によりS100A14はF-actinに結合し、共局在することが示された。乳癌細胞株を用いた浸潤能のアッセイでは、S100A14・A16のノックダウンにより細胞の浸潤能及び遊走能が著明に抑制された。結語:本研究によりS100A14・A16の発現レベルが患者の不良な予後と相関することが明らかになった。細胞株を用いた実験から、両タンパクはF-actinと結合し細胞骨格系タンパクの動態を調節することで癌細胞の運動・浸潤を促進していることが示唆された。S100A14・A16は乳癌の予後を予測するバイオマーカーとして、また治療の標的分子としての可能性が期待できる。我々は従来の癌転移の概念とは異なる非浸潤型転移モデルを作製し、このタイプの転移に関わる分子としてS100A14を同定した。今年度はマウスやヒト乳癌細胞株を用いてこの分子の機能と癌における役割を実験的に明らかにし、乳癌症例におけるS100A14発現と患者の予後との関係を解析することを計画した。本年度は、S100A14が、1)マウス乳癌の転移を促進すること、2)マウス・ヒト乳癌細胞のアクチン線維と結合し、細胞の遊走や浸潤を促進すること、3)乳癌患者の不良な予後と相関すること、を明らかにした。1.マウス乳癌高転移性細胞66HMにS100A14に対するsiRNAを発現するvectorを導入して作製した安定細胞66-KD-A14をマウスに移植した結果、肺転移結節数が有意に低下した。このことはS100A14がマウス乳癌の転移を促進することを示している。2.マウス乳癌細胞66HMやヒト乳癌細胞MCF7のS100A14発現をsiRNAにより一過性に抑制することにより、細胞の遊走やマトリゲルに対する浸潤性が有意に低下したことから、S100A14は癌細胞の遊走や浸潤を促進する機能を有することが明らかとなった。また、免疫沈降法によりS100A14とactin線維との結合性が確認され、細胞骨格系との相互作用があることが推定される。3.ヒト乳癌症例での免疫組織化学的解析により、S100A14を高発現する乳癌患者は予後が不良であることが明らかとなった。また、ELISA法により、S100A14を発現する乳癌の患者血清中にS100A14蛋白が検出される例が見られた。

このことからS100A14は乳癌の予後を予測する血清マーカーになり得る分子であると考えられる。目的:我々は従来の癌転移の概念とは異なる非浸潤型転移モデルを作製し、このタイプの転移に関わる分子としてS100A14を同定した。本研究の目的はS100A14分子と癌の浸潤や転移との関係を明らかにし、乳癌の診断・治療へ応用することである。今年度はS100A14およびこのタンパクとの相互作用が報告されているS100A16の2つのタンパクに着目し、その発現とヒト乳癌の予後や悪性形質戸の関わりや両タンパクの分子メカニズムを明らかにすることを目指した。結果:乳癌症例167例の免疫染色による解析では、S100A14は88例、S100A16は52例において細胞膜に局在する強い発現を認め、両者の発現は有意に相関していた。これらのタンパクの高発現は低年齢・ER陰性・HER2陽性、さらに不良な予後と有意な相関を示した。乳癌細胞株MCF7, SK-BR-3を用いたin vitro解析では、両タンパクは隣接する細胞との接着面に局在を示した。免疫沈降法によりS100A14はcortical actinに結合することで細胞膜に局在することが示された。乳癌細胞株を用いた浸潤能のアッセイでは、S100A14・A16のノックダウンにより細胞の浸潤能及び遊走能が著明に抑制された。結語:本研究によりS100A14・A16の発現レベルが患者の不良な予後と相関することが明らかになった。細胞株を用いた実験から、両タンパクは膜に存在するactin分子と結合し、細胞骨格系タンパクの動態を調節することで癌細胞の運動・浸潤を促進していることが示唆された。S100A14・S100A16は乳癌の予後を予測するバイオマーカーとして、また治療の標的分子としての可能性が期待できる。病理学本研究は新しい転移関連分子S100A14の機能を解析することと、臨床への応用の可能性を探索することである。今年度はヒト乳癌細胞を用いた実験的解析により、S100A14タンパクが結合するターゲット分子がF-actinであることが明らかになり、このタンパクが細胞膜に局在する理由と細胞運動を介して癌細胞の浸潤を促進するメカニズムが理解されるに至った。また、乳癌症例を用いた解析ではS100A14の発現が癌患者の予後に大きく関わることが明らかとなった。S100A14は本来、マウス乳癌転移モデルを用いた発現解析において、転移に関わる候補遺伝子としてクローニングされた分子の1つであるが、昨年のマウスモデルを用いた実験でマウス乳癌細胞の転移を促進することが明らかとなり、今年度の解析ではヒト乳癌の悪性度や予後に関与することが示された。転移関連分子として抽出された分子が実際に機能し、臨床的に有用である例はまれであり、当初の想定以上のデータを得ることができている。本研究は新しい転移関連分子S100A14の機能を解析することと、臨床への応用の可能性を探索することである。分子の機能解析は、分子探索によって候補に挙げられたS100A14が実際に転移に関与することを確認し、さらにその分子メカニズムをマウス・ヒト乳癌細胞株で解析することを目指している。マウス転移モデルを用いた実験ではS100A14が肺転移を促進することがsiRNAを用いた手法で証明された。また、in vitroの実験ではS100A14が転移を促進するメカニズムの1つとして細胞の運動や浸潤を促進する機能を有していることが明らかとなった。さらに、この分子が主に膜の内側に局在し、遊走先端部ではfocal adhesion部やアクチンストレスファイバーと共局在することが明らかとなり、細胞骨格系の蛋白との相互作用により細胞運動を促進する可能性が出てきている。S100A14の分子機能の一端が明らかになったことにより、本研究の方向性がより明確になったと考える。
主鎖型液晶性高分子の高効率光非線形性発現のための新規な製膜法の開発

本研究の目的は、主鎖型液晶性高分子の高い二次非線形光学効果(SHG)の発現機構を解明しつつ、得られた知見に基づいてより効率的な高分子非線形光学材料を開発し、より効果的な光非線形素子を開発することにある。我々の取り扱っているサーモトロピック主鎖型液晶性高分子は、ヒドロキシ安息香酸(PHBと略記)と2-6ナフトエ酸(HNAと略記)の共重合ポリエステルであり、高い液晶性を与える組成比のものを分子鎖が高配向するようフィルム状に加工すると、高いSHGを発現することを見出している。液晶状態からの機械的配向と同時に電場配向効果を利用する装置を試作し、電界印加延伸配向製膜法により配向フィルムを得た。この方法によると、延伸のみの製膜のものより数倍非線形光学定数の大きいフィルム試料が得られることが明らかとなったが、同時に再現性にやや問題があることも判明した。8年度は温度をより精密にコントロールすることにより、より再現性良く非線形光学定数の大きいフィルムを得られるよう改善を施した。しかしながら、この方法では得られるフィルムの効率に限度がある(d_<33>≒25pm/V)ことも判明した(超高速延伸でないとドメインが発生するため)。一方、この研究過程で、直流電場印可のみによっても、上記程度の効率を持つものが得られることが判明した。そこで、液晶状態の試料に水平方向に電場を印加するセルを作成し、電場印加中の試料のSHGを測定するようにして、温度と電場強度の最適条件を求めた。この知見を利用することにより、分子の分極方向の揃った、より高効率な非線形光学特性を有するフィルムを得ることに成功した。今後は光変調デバイス等へ応用を検討する。
重原子系化学の分光学的精度を目指した相対論的分子理論の開発

本研究課題では、相対論的な量子論分子理論を分光学的精度で構築し応用することが目的であった。具体的には、4成分Dirac法に基づいた電子相関理論の開発と、CP対称性破れに起因する1電子の電気双極子モーメント(EDM)を求める研究が主なテーマであった。電子相関理論開発については、ソフトウェアが様々なマシン上で安定に稼動するか等、克服すべき問題が残っており、ソース公開まではまだ時間を要する。EDMの研究では、実際に実験を行っている京大の研究室と議論を重ね、まずEDMを測定する分子を作成するために必要な波動関数の情報を提供した。どちらの研究も、学術論文執筆には至っていないが、この2年間で大きな進展があり今後確実に論文化される。さらにEDMの研究中、原子核と電子の相互作用を考察し、これまで考えられてこなかった、分光学的精度を要求する事象に遭遇した。それが同位体の核の体積効果である。同位体は原子核の質量のみならず、体積も異なり、核内部の電荷分布も若干異なる。これが理由で、同位体分別、分離が行われたりするという実験事実を、相対論的分子理論の面から捉えなおした。さらに理論計算が実験値を高精度で再現することを説明した。この同位体の核の体積効果では、原子核がゆがんで、核の大きさにばらつきが出る同位体において、質量数に依存しない同位体分別が現れる。この質量非依存同位体分別は、同位体比を用いた宇宙化学や地球化学の分野で重要である。例えば、隕石中の質量非依存分別の起源がもし核の体積効果なら、これまで超新星爆発として捕らえてきた事象は誤りとなり、宇宙の歴史に修正が必要になる。こうした議論に対して、現象をうまく説明する仮説を打ち立て証明する際、理論計算による研究は重要な役割を担う。今回の申請者の研究で、今後の宇宙・地球化学分野での理論計算に対して、礎を築くことができた。重原子を含む分子を理論化学で扱う場合、相対論と電子相関という2つの難しい効果を、同時に考慮する必要がある。申請者はこの問題を解決するため、相対論的な4成分Dirac法に基づく、多配置電子相関理論の開発(4成分CASPT2法の開発)をこれまでに行ってきた。この理論は、重原子を含む化合物の基底状態・励起状態、結合状態・解離状態を高精度に扱える理論である。本研究は、より一般の研究者が相対論的理論計算を行えるよう、1.理論・プログラムのさらなる効率化、2.フリーソフトウェアとして公開、することを目的としている。当該年度には、基本的な理論の定式化を終えて、次年度のプログラミングに対する準備を行っている。またもう一つのテーマである、パリティー時間対称性の破れから生じる、電子の電気双極子モーメントの研究も予定通り行っている。これは相対論的波動関数を電子相関も含め高精度に求めることで、観測値に含まれている分子に依存する係数の計算を行う研究である。現在は電子相関のないレベルでプログラミングが終わっており、電子相関部分を考慮するための基礎を確立させた。さらに、パリティ-時間対称性の破れの研究は、電子と核子の弱い力を考察する研究であったが、これに関連して、電子と核のクーロンカで生じる重元素特有の同位体効果について、相対論を考慮した理論研究を行った。具体的には、同位体を分離する化学反応の駆動力が、原子核の体積差であるという実験事実を、量子化学計算から実証している。この現象は比較的近年に発見されたものであるが、宇宙化学、地球化学の分野にとっては、従来の年代測定法の再考を促すという重要な現象になっている。今回理論化学での研究が可能であると示されたので、宇宙化学等の分野においても今後波及効果が期待されている。

こうした議論に対して、現象をうまく説明する仮説を打ち立て証明する際、理論計算による研究は重要な役割を担う。今回の申請者の研究で、今後の宇宙・地球化学分野での理論計算に対して、礎を築くことができた。