hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SRFとホメオドメイン蛋白質による平滑筋特異的転写調節機構

3キナーゼの阻害剤であるWortmnninおよびLY294002を添加することでIGF-I存在下でも平滑筋細胞は脱分化状態へ移行した。一方、同培養系を用いて脱分化状態におけるシグナル伝達機構を解析した結果、平滑筋細胞が形質転換を起こすには、MAPキナーゼ経路のうちERKおよびp38MAPKが同時に活性化される必要があることを明らかにした。次に、我々は平滑筋特細胞特異的遺伝子の転写調節機構を明らかにするため、カルデスモン、_α1-インデグリン、SM22_α、β-トロポミオシン遺伝子のプロモーター領域を解析した。この結果、興味深いことに全てのプロモーター領域にCArGボックスが存在し、SRF(serum response factor)が同部位に結合することで転写の活性化が起こることが明らかになった。しかしながらSRFは全身で発現しているため単独では平滑筋組織特異的な転写調節を規定することはできない。我々はCArGボックス/SRF相互作用の補助調節因子として、平滑筋組織で豊富に発現するホメオボックス遺伝子、Nkx-3.2のクローニングに成功した。フットプリント解析の結果、_α1-インテグリン遺伝子のプロモーター領域にはCArGボックスの他、TAAT配列およびGATA配列に核蛋白質が結合することが明らかになった。そこでSRF、Nkx-3.2および「GATA-6を非筋細胞である10T1/2線維芽細胞に同時に強制発現すると_α1-インデグリン遺伝子のプロモーター活性は著しく上昇した。以上より、平滑筋組織特異的な転写調節にはCArGボックス/SRFがコア因子として働き、組織特異性はホメオドメイン蛋白質およびGATAファミリーが規定していうると考えられる。我々はさらに、シグナル伝達経路の下流と転写調節機構の接点の解明を目指している。分化型平滑筋細胞は血清やPDGFなどの細胞増殖因子で刺激すると、線維芽細胞様に変化し収縮能も失う。このような脱分化状態において、平滑筋特異的な遺伝子群の転写量は著しく減少する。このため、我々はまず平滑筋細胞の初代分化維持培養系を確立した。形態・収縮能・分子マーカーの3つを指標として分化維持条件の検索を行ったところ、細胞外基質としてラミニン、液性因子としてIGF-Iの2つを与えることで消化管および血管平滑筋細胞ともに分化状態を維持できることが明らかになった。この培養系を用いて解析を行った結果、平滑筋細胞の分化形質維持にはPI3キナーゼおよびプロテインキナーゼB(Akt)の活性化が必須でああるが、脱分化時はMAPキナーゼ経路のうちERKおよびp38MAPKが同時に活性化される必要があることが明らかになった。次に、我々は平滑筋細胞特異的遺伝子の転写調節機構を明らかにするため、カルデスモン、α1-インテグリン、SM22α、β-トロポミオシン遺伝子のプロモーター領域を解析した。
外洋設置型柔軟構造体の数値シミュレーションに関する研究

本研究は将来の沖合での水産養殖やバイオマス、エネルギー生産などの新しい海洋開発で必要とされる大型の柔軟構造物について、実用的な数値シミュレーション手法を開発することを目的とした。主な内容は大型柔軟構造物のための数値モデルの開発と実用時に必要となる大規模高速計算に関する検討である。開発した数値シミュレーション手法を用いて曲げ剛性を持つケーブルのシミュレーションや、複雑な構造を持つ水産養殖用の大型生簀設備の波浪中挙動についてシミュレーションを行いその有用性を確認した。本年度は昨年度時点で検討された各種モデルについてOpenCLを用いた数値計算プログラムに組み入れることと、その入出力部分の整備が行われた。特に基本的で曲げ剛性を考慮する必要のある線状構造物に関してのモデルを第一に取り組みが行われた。このモデルは材料力学の基本式を離散化して陽解法向けに書き下したものである.しかし当初の離散化式を用いた場合、要素間の刻み幅をある程度小さくしなければ安定した計算ができないことが判明したため、計算時間や要素分割の観点から実用的ではなかったのでこれを取りやめ、新たに断面に生じる曲げモーメントが、離散化質点に加える力を表現する形式を考案することで解決を図った.しかしこれに関しても離散化点と圧縮・引張荷重のバランスなどでジグザグ上の空間的に数要素の短い周期の形状となった場合、曲率の補完計算の都合上復元力を失う場合が発生し、これを回避する形式を考案し実装した。最終的に考案された形式は、かなり荒い分割数でも荷重状態にしたがって梁理論にほぼ沿った曲げ変形形状を取ることが確認された。このことは長大な弾性ケーブル・チューブ類やフレキシブルなフレームといった将来的に大型の生簀施設などを構成する場合に重要な要素部品についてランプドマス法で計算する基礎となる。他に現状ではケーブル自由端部が存在する際にその自動判別を行って適切な条件を設定する機能など、汎用性を持たせる実際の作業と動的挙動に関する確認がまだ不十分な点である。一方昨年度来進めてきたOpenCLによる実際のプログラム記述そのものについては入出力部分やソースコードそのものの改良がすすみ、新たなモデルを組み込んだ際の確認作業などを効率的におこなうことが可能となった。今年度は最終年度であり、研究成果の実問題への応用例を示すべく、本研究で開発した曲げ剛性を取扱い可能な段階のシミュレーションプログラムを用いて、曲げ剛性の影響が顕著に表れると考えられる長大ケーブルの沈設に関する数値シミュレーションを行った。この数値シミュレーションでは、本研究の目的の一つであったOpenCLを使用したプログラムによる並列計算により長大なケーブルに対する陽解法による計算が行われた。また曲げ剛性などのモデル化については曲率評価から各計算要素に働く曲げモーメントによる力を計算する開発したモデルによる方式でをランプドマス法に適用し、引張のみならず圧縮も評価する方式を用いて計算を行った。この際ベンドリストリクターやジョイント鋼管といった特性の異なる要素をモデルのわずかな変更で取り込むことに成功した.これらのシミュレーション対象とした問題の設定については、他の主に水槽での模型ケーブル実験に関して共同研究を行っている民間企業との勉強会において討論を行い、現実の海洋環境下における諸問題についての情報提供を受け、シミュレーションを行う上での条件設定について意見交換がなされ、それらを参考に決定した.シミュレーション結果はこれらケーブルの沈降に伴う過渡的状態における曲率半径変化や全体挙動などに関して考察・評価を行った.条件設定としてケーブル重量分布や曲げ剛性の影響を明らかにすべく設定された条件に応じて、開発された計算手法はそれぞれに特徴的な結果を示している.なおこのシミュレーション結果については日本船舶海洋工学会の平成26年度春季講演会において発表を予定している.本研究は将来の沖合での水産養殖やバイオマス、エネルギー生産などの新しい海洋開発で必要とされる大型の柔軟構造物について、実用的な数値シミュレーション手法を開発することを目的とした。本年度は生簀の数値シミュレーションに用いる各種モデルの検討とともに、GPGPUの活用によって大規模計算を効率的に行うことを念頭に、情報収集・プログラムの試作などを行った。特に金網モデルについては現在実際の水産養殖現場で広く使われているが、その構造の複雑性からモデル化が難しい構造物である。これについて理論的な計算モデルの構築を目標として検討を行った。今次の研究では崩壊挙動までは想定していないため、破断後のことは考慮外として網目ごとに線形バネ、非線形バネを組み合わせて特殊なトラス状の構造で近似することでモデル化の検討を行った。樹脂網と周辺流場のモデル構築については既存の計算手法が使用できる可能性が高いので、次年度の実装の際にモデル化などは並行・継続して行うものとした。もう一つの重要な問題である計算の高速化については、GPUについてのハードウエア特性などの調査の結果、記憶領域使用の局所性活用が非常に重要であることが判明したため、分散メモリ環境が主に想定されているMPIを使用した既存の並列計算プログラムにそのまま新しいモデルを組み込むことは断念し、OpenCLを用いた異種プラットフォームへの移植性が高いプログラム記述方法でGPUを利用する高速計算プログラムを新たに作成することとした。なおMPIを用いたこれまでの数値計算プログラムは網の接続関係を含む初期データの自動生成に有効であるためこれ以降もプリプロセッサとして活用可能であり、各計算モジュールも新しいプログラムへも移植が可能な部分については積極的に活用するものとした。

このため当初の予定より作業量が増加しているが、23年度の作業により任意の網形状データを入力し、ランプドマス法でGPU計算が可能な基本段階までは構築を行うことができた。これを次年度以降、新しく検討・構築した金網モデルなどの各種数値モデルを実装する基盤とする。1年目の時点で検討していた使用予定の計算モデルの一つであり、特に重要な汎用モデルの曲げ剛性を含む線状構造物の取り扱いのアルゴリズムを実際に長大線状構造物に適用して試計算を行ったところ、数値計算上の各種の欠点が見つかったため、その改良に予想以上に時間がかかったことが第一の原因である。そして研究代表者を代表者として民間企業との共同研究などが年度中に新たに始まり、予定外に実質3か月間程度その実験準備・実施などで拘束されたため、前年度時点での遅れを回復する分の本研究に関するエフォートの配分が予定のとおりにはいかず、ソフトウエアの作成が完了しなかったことが第二の原因である。GPUの特性を調査した結果、記憶領域の局所性活用が高速計算に特に必要であることが判明したため、新規にプログラムのデータ構造を変更してプログラムを書き起こしたほうが効率的と判断したため、新しく使用するOpenCLの習得やその実際の記述や検証のため当初の予測より作業量が増大したことが当初予定より若干遅れている理由である。23,24年度と全体的に遅れ気味であるため、前年度より本課題に関するエフォートを増やして研究を推進する。しかしながら、新規のモデルの取り扱いなどプログラミング上の取り扱いなどでの不具合も再び予想されるため、将来に発展可能な形で着実に基本的な確認を行いつつ開発作業を行うものとする。また現在の社会的要請として、水産養殖のみならず洋上風力発電や深海における海底資源開発でなどでケーブルやフレキシブルパイプなど、本研究で取り扱う予定である内容の一部である線状弾性構造物の需要と用途拡大が急激に大きくなることが予測されるため、進捗の具合によっては多様な素材に総花的なモデルを多種作成するのではなく、弾性線状構造物の曲げ・ねじりなどのモデル完成に注力を行って可能な限り実用的なモデルを作成することに優先度を置き、今後の応用・発展研究の礎となる成果を目指す。またこれらのモデル・プログラムの進捗状況にもよるが秋の日本船舶海洋工学会などで開発成果の発表を目指す.OpenCLを使用して新規に作成した網地挙動解析プログラムのチューニングと、それに対する金網モデルの実装を中心に23年度の作業量増大をカバーするべく、引き続き作業を行う。なお当初計画から24年度は23年度の不足分を充当する予定であり、若干の遅れは回復可能であると考える。また、計算結果の可視化なども考慮してプログラムの入出力部分の整備なども行うものとする。24年度まででGPUの計算機環境が複数整ったので計算機などに代表される備品相当の物品の購入は行わない予定である。
在庫モデルを基礎とする生産・販売全体最適化システ厶の構築

生産,販売からなるもつサプライチェインにおいて,生産側の費用最小化,販売側の利益最大化,顧客満足度の最大化のための生産指示,在庫保持,発注量,販売価格の設定に関する最適化について,在庫理論,ゲーム理論,マルコフ決定過程,待ち行列理論等の理論を用いながら理論的,数値的に幅広く解析した.生産・販売が個々に最適化する場合と,生産・販売全体の総利益を最大にするような設定との間の関係について,いくつかのモデルを設定して議論した.生産,販売からなるもつサプライチェインにおいて,生産側の費用最小化,販売側の利益最大化,顧客満足度の最大化のための生産指示,在庫保持,発注量,販売価格の設定に関する最適化について,在庫理論,ゲーム理論,マルコフ決定過程,待ち行列理論等の理論を用いながら理論的,数値的に幅広く解析した.生産・販売が個々に最適化する場合と,生産・販売全体の総利益を最大にするような設定との間の関係について,いくつかのモデルを設定して議論した.在庫やスケジューリング,最適配置を基礎とするサプライチェイン最適化に関するこれまでの研究や近年行われた国内外の研究を調査した.これまで,生産,販売業者が存在し,それぞれ発注量,卸売り・販売価格を自己の利益が最大にするように決定するモデルにおける均衡価格を理論的.数値的に求める問題は見られた.本研究ではさらに,リードタイムを導入し,その決定を生産,販売どちらが決定するかによる影響を考察し,全体利益を最大にする場合と比べてどの程度利益が減るかを考察した.また需要関数は線形,あるいは乗算形として与えられてきたが,実際にはそのゆな場合が当てはまらないと考えられる.そこで,線的市場上で店舗までの距離や販売価格等の情報をもとに顧客が行動し,需要が確率的に発生するモデルの構築と理論的な解析をおこなった.このモデルは今後最適な販売価格等の決定,店舗配置等のモデルに拡張することを予定している.さらに,部品工場と完成品工場の引き取り間隔を調整して全体の利益が最大になるようにして,部品工場で生産スケジュールを決めるモデルの構築と解析もおこなった.また,多段生産システムにおいて,事前需要の情報を用いることにより,生産,販売にメリットが生じると考えられる.このようなモデルの定式化をおこなった.とくに,ポアソン到着,一定加工時間のモデルについて,これまでの論文出示された性質の誤りを示すと共に,到着率がリードタイムが長くなるととともに減少するモデルを構築し,最大利益を与える需要リードタイムについて理論的解析をおこなった.さらに,すぐに発注しないモデルについては,リリースリードタイムを導入することにより寄り利益が増えることがあることを示した.動的にリードタイムを設定するモデルについては,マルコフ決定過程を用いて最適方策を導きその性質を通した.在庫を基礎とするサプライチェイン最適化に関するこれまでの研究や近年行われた国内外の研究を調査した.昨年度,線的市場上で店舗までの距離や販売価格等の情報をもとに顧客が行動し,需要が確率的に発生するモデルの構築と理論的な解析をおこなった.しかし,線的市場は限定的なため,平面上のモデルを考え,店舗が配置され,顧客はある一定のコストまではどちらかの店舗に行くという前提のもとで最適な販売価格等の決定を行うモデルを構築し,解析をおこなった.今後,平面上での店舗配置や,販売価格等を変数とするサプライチェイン最適化のモデルに拡張することを予定している.さらに,部品工場と完成品主場の引き取り間隔を調整して全体の利益が最大になるようにして,部品工場で生産スケジュールを決めるモデルの構築と解析もおこなった.また,多段生産システムにおいて,事前需要の情報を用いることにより,生産,販売にメリットが生じると考えられる.このようなモデルの定式化をおこなった.昨年度,ポアソン到着,一定加工時間のモデルについて解析をおこなったが,それを多段にした場合の最適な情報の利用と最適基点在庫亮について解析を進めている。また,基点在庫システムにおいて,販売側が予想リードタイムを顧客に提示し,客はその時間をもとに実際にサービスを受けるかどうかを決定するモデルを構築し,販売側の利益を最大にするリードタイム提示政策をマルコフ決定過程により求める一方,そのような政策では顧客の待ち時間を含めた満足度の高い効用がえられないことを数値的に示し,それらより効用が高く,またそれほど販売側の利益も低下しない場合を提示している.このことは,顧客満足度も考慮したサプライチェイン全体の最適化につながると考えられる。在庫を基礎とするサプライチェイン最適化に関する最新の国内外の研究を調査した.昨年度,平面上のモデルを考え,店舗が配置され,顧客はある一定のコストまではどちらかの店舗に行くという前提のもとで最適な販売価格等の決定を行うモデルを構築し,解析をおこなった.今年度,平面上での店舗配置や,販売価格等を変数とするサプライチェイン最適化のモデルを構築しているがまだ完成には至っていない.また,販売者が複数有り,部品工場の引き取り量を考慮して,部品工場,生産の利益を最大にするような部品工場の動的生産スケジュールを決めるモデルの構築と解析もおこなった.また,複数の工程からなる多段生産システムにおいて,事前需要の情報を用いることにより,生産者の利益が最大になるような生産政策の解析をマルコフ決定過程により定式化し最適政策をもとめた.さらに,需要情報が変化する場合についても解析をおこなった.一方連続的に需要が発生し,一定時間後に引き取るもでるについて,以前ポアソン到着,一定加工時間のモデルについて解析をおこなったが,それを多段にした場合の最適な情報の利用と最適基点在庫政策について待ち行列理論等を用いて理論的に解析をおこなった.

そのほかにも,U字組み立てラインへの期間工の配置問題,多段工程のスケジューリングなど,さまざまな生産工程の解析をおこなった.サプライチェイン最適化,事前需要を用いた生産システムの最適化といった点では進捗している.最適配置等については遅れているが,一方で顧客満足を取り入れたモデルといった,当初想定していないモデルの構築も見られる.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後,事前需要を用いた直列型の生産・在庫システムの最適化,サプライチェインの最適運用,店舗の最適配置,顧客満足度を取り入れたサプライチェイン全体の最適化を進めていく方針である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
DNAコンジュゲートを用いるトリプルターゲッティングシステムの開発

核酸(DNA/RNA)の相互認識は極めて特異的であるため、これをターゲッティングの原理とする標的分子デザインがある。いわゆるアンチセンスないしはアンチジーン戦略である。本研究では、DNAの分子認識能をより広範な標的分子デザインに結びつけるための方法論を確立することを目的として研究を行なった。DNAをマクロモノマー化してこれを共重合することにより、DNAを側鎖にもつポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)を合成した。このDNAコンジュゲート物質を、主鎖の相転移温度以上に加熱したところ、PNIPAAm部位を疎水核とするポリマーミセル(ナノ粒子)が得られ、その分散液は透明であった。ところがこれに相補的なDNA鎖を添加したところ、ただちに溶液の白濁が見られた。この現象を、rasガン遺伝子についても確認した。この相補的DNA添加に伴う変化は、しかしDNAの配列にほんの1ヶ所ミスマッチがあっても起こらない。すなわち、DNAナノ粒子はSNPs(一塩基多型)を見分けることを、ガン遺伝子配列について確かめることができた。加えて興味深いことは、この相補鎖依存性の凝集反応は、配列だけでなく鎖長をも認識するという点である。フルマッチ配列に数塩基のヌクレオチドを付加した場合には、凝集反応は起こらなくなる。この精密な応答は、広く標的分子デザインに有効であると期待される。ここで得られたDNAポリマーミセルは、DNAに基づくターゲッティング機能に、温度応答性薬物放出機能と光応答性性薬剤の刺激応答性とを兼ね備えたトリプルターゲツティングシステムのプロトタイプである。
浮遊帯溶融法による高品質Ybドープ酸化物単結晶の育成と超短パルスレーザーへの応用

超短パルスレーザーは精密微細加工,医療,計測等へ応用されており,さらなる高強度化による応用分野の拡大が期待されている.現行材料であるチタンサファイアは,蛍光寿命が約3μsと短いため,高強度化の限界が見え始めている.これに対し,Yb3+を活性イオンとした固体レーザーは,蛍光寿命がmsのオーダーであるため,次世代の高強度パルスレーザーとして期待されており,様々なホストが試みられてきた.K2NiF4型Yb:ABCO4(A = Ca, Sr; B = Y, Gd, La; C = Al, Ga)はA2+とB3+が結晶内で同一のサイトに無秩序に分布することから,Yb3+の配位環境が多様化し,超短パルスレーザー用媒質として必須であるブロードな発光帯を示すことが知られている.メリライト型構造を有するYb:ABC3O7も同様の無秩序構造を有することから,Yb3+の広帯域での発光が期待できる.本研究では,報告例のないYb:ABCO4およびYb:ABC3O7について発光特性を明らかにするとともに,浮遊帯溶融(FZ)法による単結晶育成を試み,超短パルスレーザー用媒質としての実用性を検討した.K2NiF4型Yb:CaYAlO4については光軸に対して垂直方向への育成に成功し,これによりレーザー発振の偏光依存性を容易に調べることができるようになった.メリライト型Yb:ABC3O7につていは,すべての組成でK2NiF4型Yb:ABCO4よりもブロードな発光帯を有することが明らかとなった.Yb:CaGdAl3O7の結晶育成をおこなったところ,育成速度を1 mm/hとすることで,セル成長等の巨視的な欠陥の無い結晶が得られた.Yb:CaGdAl3O7の980 nmにおける吸収断面積は3.2×10-20 cm2であり,既報の様々な超短パルス用Ybドープ結晶よりも高い値であった.K2NiF4型Yb:CaYAlO4に関しては,光軸に対して垂直方向への育成をおこなえるようになったことにより,レーザー発振特性の偏光依存性を詳細に検討できるようになった.Ybをドープしたメリライト型アルミネートおよびガレートの光学特性については,これまでに全く報告がなかったが,吸収帯および発光帯ともにK2NiF4型化合物のそれらよりもはるかに大きいことが明らかとなったのは非常に大きな収穫である.また,吸収断面積についても既報のYbドープ結晶と比べて高い値であったことから,メリライト型化合物の単結晶は超短パルスレーザー用媒質材料としてかなりのポテンシャルを秘めていることを明らかにできた.現状における問題点は浮遊帯溶融法によるメリライト型化合物の単結晶育成がK2NiF4型に比べて難しいところにある.原因はすでにわかっており,熱源からの輻射に対して透明であることから,結晶成長界面が融液に対して大きく凹状となるためである.この点をクリアできれば高品質単結晶が得られるものと考えている.前年度に得られた光軸に対して垂直に成長したYb:CaYAlO4単結晶について基本的なレーザー発振実験およびそれに付随する物性測定をおこなう.まず,吸収および発光スペクトルから,利得の最も大きい波長域を見積もる.次に,温度波熱分析法により熱拡散係数の測定を測定し、密度、比熱の値から熱伝導率を決定する.以上の評価により,最適なレーザー発振システムを構築し,連続発振さらには超短パルスレーザー発振を試みる.メリライト型化合物については,Yb:ABC3O7(A = Ca, Sr; B = Y, Gd, La; C = Al, Ga)におけるすべての組み合わせで一致溶融する組成を特定する.溶融挙動の検討には浮遊帯域徐冷法を用いる.光学特性と溶融挙動の検討結果をもとにターゲットとなる組成を絞り込み,成長界面が凹状となる欠点を克服すべく以下の項目を試みる.1CrあるいはNiなどの着色元素を少量添加し,光吸収を向上させる;2Yb3+は近赤外領域に吸収帯があることから,その濃度を高めることにより,光吸収を改善する.Yb3+は濃度消光を起こさないため,高濃度ドープをおこなってレーザー発振は可能である.これらにより,レーザーグレードの高品質メリライト型化合物単結晶の育成技術を確立する.超短パルスレーザーは精密微細加工,医療,計測等へ応用されており,さらなる高強度化による応用分野の拡大が期待されている.現行材料であるチタンサファイアは,蛍光寿命が約3 μsと短いために高強度化の限界が見え始めている.これに対して,Yb3+を活性イオンとした固体レーザーは,蛍光寿命がmsのオーダーであるため,次世代の高強度パルスレーザーとして期待されており,様々なホストへの添加が試みられてきた.K2NiF4型Yb:ABCO4(A = Ca, Sr;B = Y, Gd, La;C = Al, Ga)はA2+とB3+が結晶内で同一のサイトにランダムに分布することから,Yb3+の配位環境が多様化し,超短パルスレーザー用媒質として必須であるブロードな発光帯を示すことが期待される.今年度はYb:CaYAlO4単結晶の育成を浮遊帯溶融法により試みるとともに,光学特性が不明である他の組成の化合物について固相反応法により合成し,その発光スペクトルを検討した.化学量論組成の原料を用いた場合,多くのボイドが生成し,透明性に乏しい結晶が得られた.

一方,YをCaに対して化学量論組成よりもわずかに多い組成の原料を用いることにより,散乱源となるボイドの生成を効果的に抑制することに成功した.Yb:CaYAlO4の吸収スペクトルの偏光依存性を測定したところ,その吸収断面積は既報とは異なり,偏波面が光学軸(結晶軸のc軸に一致)に対して垂直に振動するσ変更のほうが,平行に振動するπ偏光よりもわずかに大きいことが判明した.他の組成の化合物の組成はYbの置換サイトが大きい場合,およびC=Gaの場合に発光スペクトルがよりブロード化した.しかしながら,CaGdAlO4以外はすべて分解溶融することが判明し,融液からの良質な単結晶育成がかなりの困難を伴うことが示唆された.Yb:CaAlO4に関して,原料組成を厳密に制御することにより,ボイドの生成を抑制することができ,レーザー用媒質材料として最低限の品質を有する結晶を得ることに成功したということから,初年度の目標はほぼ達成できた.吸収スペクトルの偏光依存性が上述の通り既報と逆であるとともに,吸収断面積の差が小さいという性質は全く新しい発見であり,この結果は,良質結晶の作製手法とともに論文化し,学術雑誌Optical Materialsに掲載される予定となっている.一方,30年度に実施予定であった他の組成に関しても前倒しで検討をおこなったところ,超短パルスレーザー用材料としては上述のように特性の良いものが見いだされたが,CaGdAlO4以外の化合物はすべて分解溶融するということが判明した.引き上げ法による単結晶育成の報告がなされている組成も多く,融液成長が可能であろうと期待していたが,これらの結果は全くの予想外であり,対処法を再検討する必要がある.超短パルスレーザーは精密微細加工,医療,計測等へ応用されており,さらなる高強度化による応用分野の拡大が期待されている.現行材料であるチタンサファイアは,蛍光寿命が約3μsと短いため,高強度化の限界が見え始めている.これに対し,Yb3+を活性イオンとした固体レーザーは,蛍光寿命がmsのオーダーであるため,次世代の高強度パルスレーザーとして期待されており,様々なホストが試みられてきた.K2NiF4型Yb:ABCO4(A = Ca, Sr; B = Y, Gd, La; C = Al, Ga)はA2+とB3+が結晶内で同一のサイトに無秩序に分布することから,Yb3+の配位環境が多様化し,超短パルスレーザー用媒質として必須であるブロードな発光帯を示すことが知られている.メリライト型構造を有するYb:ABC3O7も同様の無秩序構造を有することから,Yb3+の広帯域での発光が期待できる.本研究では,報告例のないYb:ABCO4およびYb:ABC3O7について発光特性を明らかにするとともに,浮遊帯溶融(FZ)法による単結晶育成を試み,超短パルスレーザー用媒質としての実用性を検討した.K2NiF4型Yb:CaYAlO4については光軸に対して垂直方向への育成に成功し,これによりレーザー発振の偏光依存性を容易に調べることができるようになった.メリライト型Yb:ABC3O7につていは,すべての組成でK2NiF4型Yb:ABCO4よりもブロードな発光帯を有することが明らかとなった.
黄色ブドウ球菌の表皮細胞の腫瘍壊死因子α産生に対する影響

24時間後まで検討したがTNFαの産生を免疫組織学的に証明することはできなかった。ICAM-1は24時間後に表皮での産生が確認された。2.正常マウスにentrotoxin Bを皮下注し変化を検討した。12時間後より好中球が血管周囲性に浸潤している像が認められた。24時間後ではリンパ球が優位になった。表皮でのTNFαの産生は確認できなかった。RT-PCR法によりTNFαのmRNAの存在が6時間後より確認されたが、24時間後にはmRNAは消失していた。TNFαの産生はWestern blotting法により、18時間後で確認されている。免疫組織化学ではTNFαは確認できなかった。in vivoでは表皮でのTNFαの産生を確認することができなっかた。しかし、培養細胞でTNFαを産生するためのメッセージの発現は確認することができた。その量は微量ながら、単核球やマクロファージの存在がなくても表皮細胞はSEA、SEBの刺激によりTNFαを産生しうるものと考えた。この産生されたTNFαがその後さらにどの様な二次性サイトカインを誘導していくか、最終的に皮膚感染症においていかなる役割を果たしているかについてはさらに検討が必要である。
精巣毒性試験のための高精度in vitro測定法の確立

1.まず培養細胞の形態、接着、増殖に対する細胞外マトリックスの影響を検討した結果、ラミニンのコートが最も有効であるという結論に達した。2.精巣組織をコラゲナーゼ・トリプシン処理によって分散し、得られた細胞浮遊液を遠心エルトリエーターで分画して円形精子細胞を単離した。これらの円形精子細胞を、5%FBSを含むDME100μlとともに96穴プレートへ加え、培養液に0.01,0.1,1,10および100ng/mlの各濃度でシクロスポリンA(以下CSA、免疫抑制剤で副作用の一つに造精機能障害がある。)を添加した時の細胞の生存活性をMTT法によってアッセイした。その結果、培養を開始して0,24および48時間後における円形精子細胞の生存活性にはCSAによる影響は認められず、円形精子細胞への直接的作用によってCSAが造精機能を障害する可能性が低いことが示唆された。3.分離した一次精母細胞を卵子と電気融合し、その成熟完了卵子を活性化したところ、正常二倍体胚が得られた。また分離した精細胞を液体窒素中で凍結保存後、融解し、顕微受精を試みたところ正常な産子が得られた。4.RT-PCR法による実験から、培養セルトリ細胞にNGFレセプターが発現していることが確認された。次にNGF添加セルトリ細胞培養系へ分離した精細胞を投与したところ、BrdUの取り込みを指標に測定した精細胞のDNA合成が有意に促進されていた。すなわち、NGFはセルトリ細胞上のNGFレセプターによって受容され、セルトリ細胞が何らかのシグナルを精細胞に送ってその増殖を促進することが示唆された。5.免疫組織化学法を用いて精巣内におけるフォリスタチンの発現を検討したところ、発現はセルトリ細胞、ライディッヒ細胞には認められず、パキテン期の精母細胞の細胞質および核にのみ確認された。細胞質での発現は減数分裂後消失したが、核での反応は継続した。6.その他、鳥類および爬虫類の生殖細胞についても、主に形態学的観点から観察を試みた。本年度はまず、すでに確立しているセルトリ細胞培養系への成長因子の影響を検討した。幼若ラット精巣より分離したセルトリ細胞培養系にいくつかの成長因子の添加を試みたところ、神経成長因子(NGF;norve growth factor)の作用に注目すべき点がみられたので詳しい実験を行った。最初に培養セルトリ細胞におけるNGFレセプターの発現をRT-PCR法を用いて検討した。NGFレセプター特異的プライマーを用いてPCRを行い、その産物をアガロースゲルで電気泳動した結果、約550bpのフラグメントが検出され、培養セルトリ細胞にNGFレセプターが発現していることが示唆された。次に幼若ラット精巣から分離したセルトリ細胞と精細胞を用いた共培養系へのNGFの作用を調べるため、NGF添加セルトリ細胞培養系へ分離細胞を投与し、数時間培養後にブロモデオキシウリジン(Brdu)を培地に添加した。抗Brdu抗体で標識された精細胞数はNGF添加培地で明らかに増加していた。以上の実験結果から培養セルトリ細胞においてNGFレセプターの発現が示されたとともに、NGFがin vitroにおける精細胞のDNA合成を促進する効果が認められた。

器官培養系に比べて、より単純な細胞培養系でセルトリ細胞を介したNGFの作用を明らかにできたことから、精細胞のDNA合成促進がセルトリ細胞と精細胞との細胞間相互作用によることが裏付けられた。以上の結果から、この培養系が精巣毒性試験のために十分有効な手段となりうる大きな可能性が示唆された。次に平成8年度に計画している精細胞の分離を効率よく行うための予備実験として、培養細胞の形態、接着および増殖に対する細胞外マトリックスの影響を検討した。種々の細胞外マトリックスをコートしたディッシュ上に黒色腫由来培養細胞を添加する実験を行った結果、培養細胞はフィブロネクチン、ラミニン、タイプIVコラーゲンのコートにより伸展した。また、増殖および接着率はラミニンにより効果がみられたことから、ラミニンのコートが最も有効であるといる結論に達した。1.まず培養細胞の形態、接着、増殖に対する細胞外マトリックスの影響を、黒色腫由来培養細胞を用いて検討した結果、ラミニンのコートが最も有効であるという結論に達した。2.各分化段階の精細胞の分離をその応用:(1)毒性試験の結果を評価する上で、従来のin vivoの実験系においては、精巣組織にみられた変化が薬剤作用の直接的な対象が精細胞と体細胞のどちら側にあるのか判別が不可能であったが、今回マウスから樹立されたセルトリ細胞とライディッヒ細胞に由来する細胞株(TM4およびTM3)の利用と、特定の発生段階にある精細胞を沈降速度の違いにより分取する遠心エルトリエーション法を組み合わせることによりこの問題を解決した。(2)分離した精細胞のうち、一次精母細胞を成熟中卵子と電気融合し、さらにその成熟完了卵子を活性化したところ、正常二倍体胚が得られることが明らかとなった。また、減数分裂前の精細胞のみを含む生後15日齢の精巣細胞を10日間培養することで、体外で減数分裂を完了させる方法を開発した。3.遺伝子発現変化の解析:培養セルトリ細胞におけるNGFレセプターの発現をRT-PCR法を用いて検討した結果、約550bpのフラグメントが検出され、培養セルトリ細胞にNGFレセプターが発現していることが示唆された。次にNGF添加セルトリ細胞培養系へ分離した精細胞を投与し、数時間培養後、ブロモデオキシウリジン(Brdu)を倍地に添加した。その結果、抗Brdu抗体で標識された精細胞数は明らかに増加していた。4.フォリスタチンの精巣における機能解析:免疫組織化学法を用いて精巣内におけるフォリスタチンの発現を検討したところ、発現はセルトリ細胞、ライディッヒ細胞には認められず、精細胞(パキテン期の精母細胞)の細胞質および核にのみ確認された。細胞質での発現は減数分裂後消失したが、核での反応は継続した。5.その他、鳥類および爬虫類の生殖細胞についても、主に形態学的観点から観察を試みた。
オレフィンの環状アセタール化法とその応用

遷移金属を用いる工業的プロセスの開発研究は,有機化学工業の重要な課題の一つである.本研究では,医薬・農薬等の合成でしばしば必要とされる環状アセタール化合物をPd触媒を用いオレフィンから直接合成する方法について検討した.その結果,以下のような成果を得た.1)本アセタール化反応をスチレンに適用し医薬・香料用製造原料となるフェニルアセトアルデヒドの合成を行なった.すなわち, PdCl_2-CuCl-O_2の組み合せを触媒系とし, 1,3-プロパンジオール又はメタクールによりステレンのオレフィン末端位炭素をアセタール化させ,その後脱アセタールを施しこの化合物を合成する方法を開発した.2)反応系にNa_2HPO_4を添加した条件下でフェニルビニルケトンのオレフィン末端位を選択的にアセタール化させ,各種ビルデイングブロックとして有用なベンゾイルアセトアルデヒドの合成を行なった.3)入手容易なアクリル酸エステル,アクリロニトリル,スチレンと(R_1R)-2,4ペンタンジオールとの反応から不斉合成用反応剤として有用な光学活性環状アセタール化合物の選択的合成法を開発した.4)本アセタール化反応をα-シアノアリルアセテートに適用しγ-位炭素が位置選択的にアセタール化されることを見い出した.5)本アセタール化反応は銅塩助触媒を用いなくても進行すること,またBiCl_3-LiClの組み合せを助触媒として用いても効果的であることを明らかにした.6)ホモキラルなアセタール環を持つβ-ケトアセタールのカルボニル基にMeLiを付加させたところ,比較的高い不斉収率で光学活性アルコールが生成することを見い出した.7)光学活性ジオールオレフィンの分子内アセタール化反応により,昆虫フェロモンである光学活性フロンタリンの最短縮合成法の開発に成功した.遷移金属を用いる工業的プロセスの開発研究は,有機化学工業の重要な課題の一つである.本研究では,医薬・農薬等の合成でしばしば必要とされる環状アセタール化合物をPd触媒を用いオレフィンから直接合成する方法について検討した.その結果,以下のような成果を得た.1)本アセタール化反応をスチレンに適用し医薬・香料用製造原料となるフェニルアセトアルデヒドの合成を行なった.すなわち, PdCl_2-CuCl-O_2の組み合せを触媒系とし, 1,3-プロパンジオール又はメタクールによりステレンのオレフィン末端位炭素をアセタール化させ,その後脱アセタールを施しこの化合物を合成する方法を開発した.2)反応系にNa_2HPO_4を添加した条件下でフェニルビニルケトンのオレフィン末端位を選択的にアセタール化させ,各種ビルデイングブロックとして有用なベンゾイルアセトアルデヒドの合成を行なった.3)入手容易なアクリル酸エステル,アクリロニトリル,スチレンと(R_1R)-2,4ペンタンジオールとの反応から不斉合成用反応剤として有用な光学活性環状アセタール化合物の選択的合成法を開発した.4)本アセタール化反応をα-シアノアリルアセテートに適用しγ-位炭素が位置選択的にアセタール化されることを見い出した.5)本アセタール化反応は銅塩助触媒を用いなくても進行すること,またBiCl_3-LiClの組み合せを助触媒として用いても効果的であることを明らかにした.6)ホモキラルなアセタール環を持つβ-ケトアセタールのカルボニル基にMeLiを付加させたところ,比較的高い不斉収率で光学活性アルコールが生成することを見い出した.7)光学活性ジオールオレフィンの分子内アセタール化反応により,昆虫フェロモンである光学活性フロンタリンの最短縮合成法の開発に成功した.遷移金属を用いる新しい工業的プロセスの開発研究は、有機化学工業の重要な課題の一つである。本研究では、医薬・農薬等の合成でしばしば必要とされる環状アセタール化合物をPd触媒を用いオレフィンから直接合成する方法について検討した。その結果、以下のような成果を得た。1)医薬品・香料製造用原料となるフェニルアセトアルデヒドの簡易合成法の開発を行うため、スチレンのアセタール化について検討した。その結果、Pd-Cu【Cl_2】-【O_2】系触媒(Wacker型触媒)と1,3-プロパンジオールまたはメタノールを用いた反応から、位置選択性良くスチレンのオレフィン末端位がアセタール化されることを見い出した。また、このアセタール化合物は、INHClまたはイオン交換樹脂(Amberlyst)で容易にフェニルアセトアルデヒドに変換されることも明らかとした。一方、フェニルビニルケトンからベンゾイルアセトアルデヒドの合成を上記と同様の方法により検討したところ、対応するアセタール以外にジオールまたはメタノールがオレフィンにMichael型付加した生成物が40-70%も生成した。この生成物を抑えアセタールのみを選択的に得る方法について重点的な検討を行なったところ、【Na_2】HP【O_4】を反応系に添加することにより良好な結果を得た。2)上記の手法を用い光学活性環状アセタールの合成を、R,R-2,4-ペンタンジオールを用いて行なったところ有機工業原料として入手容易なアクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレンから、末端位オレフィン炭素のアセタール化が達成され、不斉合成用反応剤が容易に得られることを明らかにした。
共同協調作業を支援する分散モバイルプラットフォームの研究ー非集中型アプローチ

共同協調作業を支援する分散モバイルシステムを開発した.災害救助などの非常事態での活動,集団行動が適用領域である.データストリーム技術(DSMS)におけるデータフロークエリ言語を利用した.既にある車載システム向けDSMSを利用して運転者向けにAndroid用DSMSを開発し,次に共同協調作業のワークフローをクエリ言語で表現し,Android用DSMSを拡張した.また,共同協調作業を支援する無線ネットワークにおいて,全体として長期に利用できるために端末に搭載されるセンサーを低電力でスケジューリングするアルゴリズム,停止しそうになった場合に残存電池量を考慮して経路を選択するアルゴリズムを研究した.平成25年度には,共同協調作業支援ミドルウェアの適用領域として,人の活動だけでなく,自動車間の連携システムやセンサーネットワークを考え,以下の研究項目を実施した.(1)自動車間の協調連携システムにおいて,自動車内,自動車間のセンサーデータをストリームデータとして扱い,これを処理して,利用者に情報提供するミドルウェアの試作をAndroidデバイスを使って行った.具体的には,自動車内,自動車間のセンサーデータをストリームデータを扱う車載データストリーム管理eDSMSを利用して,このストリームデータをAndroid側に取り込み,SQL-likeなクエリ言語でストリームデータから合致したデータを抽出し,これをJavaのクラスライブラリでアクセスする機構を試作した.提案時のコンテンツベース出版・購買モデルと対応させると,データストリームシステムへの入力が出版,クエリ言語での問い合わせが利用者の指定した条件(コンテンツベース出版・購買モデルでは購買条件と呼ぶ),クエリに合致したデータのデータストリームシステムからの出力が購買に対応する.(2)センサーネットワークで共同協調作業支援ミドルウェアを提供するには低消費電力でセンサーネットワークを動作させることが必要であり,そのためのルーティングアルゴズムを研究した.具体的にはセンサーノードにおいてセンサーをずらして活性化することによりセンサーノードの電池寿命を長期化させるスケジューリングアルゴリズム,センサーネットワークにおいて,無線通信電力が最小になるルーティングアルゴリズム,エネルギーホールが発生しそうになった場合に,ノードの電池残量を考慮してルーティングを変更するアルゴリズムを考案した.共同協調作業を支援する分散モバイルシステムを開発した.災害救助などの非常事態での活動,集団行動が適用領域である.データストリーム技術(DSMS)におけるデータフロークエリ言語を利用した.既にある車載システム向けDSMSを利用して運転者向けにAndroid用DSMSを開発し,次に共同協調作業のワークフローをクエリ言語で表現し,Android用DSMSを拡張した.また,共同協調作業を支援する無線ネットワークにおいて,全体として長期に利用できるために端末に搭載されるセンサーを低電力でスケジューリングするアルゴリズム,停止しそうになった場合に残存電池量を考慮して経路を選択するアルゴリズムを研究した.平成24年度は,以下の研究項目を実施した.(1)共同協調作業支援ミドルウェアのAPI研究開発:コンテントベース出版・購買モデルをベースとして,共同協調作業を支援するアプリケーションプログラムの開発を容易にするミドルウェアのAPIを研究し開発する.必要とされる機能のうち,データオブジェクトの登録と利用者の指定した条件(コンテンツベース出版・購買モデルでは購買条件と呼ぶ)にあったグループ作業スペース内や共有作業スペース内のデータオブジェクトの検索(出版・購買モデルではマッチングと呼ぶ)・受信するために必要な機能を研究した.具体的には,リモートにあるデータオブジェクトのオペレーション実行は,Androidのプロセス間通信機能であるバインド,コールバック,インテントをモバイルデバイス間通信に拡張する形で実現を行った.さらに,共同協調作業支援ミドルウェアのAPI設計の参考のために,MicrosoftのWinodws Communcation Foundationを利用した広域分散システムの試作を行った.(2)モバイルデバイスが作業途中でネットワークからの離脱,あるいは参加があった場合の異常事象を検知するための前段階として,オフィスワークでのユーザ操作を対象とした異常検知の手法を研究した.(3)平成25年度には,共同協調作業支援ミドルウェアの適用領域として,人の活動だけでなく,自動車間の連携システムやセンサーネットワークを考えている.このため,自動車のネットワーク化の世界最大の会議であるITS World Congressに出席して,その標準化動向を調査した.また,センサーネットワークで共同協調作業支援ミドルウェアを提供するには低消費電力でセンサーノードのソフトウェアを実行させることが必要であり,そのための基本アルゴリズムを研究した.平成26年度には,共同協調作業支援ミドルウェアの適用領域として,人の活動だけでなく,自動車間の連携システムやセンサーネットワークを考え,以下の研究項目を実施した.(1)平成25年度に引き続き,自動車間の協調連携システムにおいて,自動車内,自動車間のセンサーデータをストリームデータとして扱い,これを処理して,利用者に情報提供する車載データストリーム管理eDSMSの,特にリアルタイムスケジューリングアルゴリズムの試作,評価を行った.また,平成25年度にAndroidデバイス上に実現した自動車と運転者間の協調連携システムのプロトタイプを基に,Android版eDSMSを開発・評価した.具体的には,プロトタイプ版であった制限事項であるPC上でのコンパイルが必要という問題点をなくし,eDSMSと同様のデータフロー言語をクエリ言語に採用,Androidアプリから様々な利用が可能となった.(2)センサーネットワークで共同協調作業支援ミドルウェアを提供するには低消費電力でセンサーネットワークを動作させることが必要であり,そのためのルーティングアルゴズムを研究した.具体的にはエネルギーホールが発生しそうになった場合に,ノードの電池残量を考慮してルーティングを変更するアルゴリズム,このルーティングアルゴリズムにセンサーの故障発生時の対応のアルゴリズムを考案した.本研究の成果は,論文誌2件,学会発表7件(内,データベースのトップカンファレンスである31st IEEE International Conference on Data Engineering(査読有),情報処理学会組み込みシステムシンポジウム(優秀ポスター賞),情報処理学会研究報告(高度情報システムとスマートコミュニティ)(ITS研究会奨励賞),査読有国際会議での発表4件を含む)であった.

組込みシステム共同協調作業支援ミドルウェアの基盤部分をAndroidのプロセス間通信機能であるバインド,コールバック,インテントをモバイルデバイス間通信に拡張する形で実現を行い,国際会議IEEE 2012 Symposia and Workshops on Ubiquitous, Autonomic and Trusted Computingで発表した(査読あり).また,当該ミドルウェアの適用領域を自動車・インフラストラクチャ・クラウドの統合ネットワーク環境やセンサーネットワークへの適用拡大を視野にそこでまず必要とされるセンサーノードソフトウェアの開発環境であるCPUシミュレータを開発,および低消費電力ソフトウェア技術を考案し,前者は第11回情報科学技術フォーラムで口頭発表,後者は電子情報通信学会論文誌に論文投稿した(査読あり.受理され現在印刷中).共同協調作業支援ミドルウェアの適用領域として,当初,人の集団での共同作業を支援することを念頭においていた.しかしながら,研究を進めるにつれて,次の2点が分かり,平成25年度はこれらの技術領域に拡大して研究を行った.1)データベース技術の一領域として注目されているデータストリーム技術をベース研究を進めるのが効率的.2)自動車・インフラ・クラウドの統合ネットワーク環境やセンサーネットワークも有力な研究対象領域であること.平成26年度も平成25年度に引き続き,人,自動車やセンサーノードなど対象とした領域において扱うデータを協調利用するミドルウェアアーキテクチャを研究する.具体的には1)平成25年度に試作したAndroidデバイスを利用したデータストリーム機構を,データ定義の容易性など実社会での適用が容易になるよう機能拡張を行う.2)技術を省資源でリアルタイム特性のある組込みシステムで実現するためのアーキテクチャを検討し,試作・評価する.3)センサーネットワークで共同協調作業支援ミドルウェアを提供するための低消費電力でセンサーネットワークを動作させることが必要であり,そのためのルーティングアルゴズムを向上させる研究を行う.
多環芳香族系ジチインおよびTTF誘導体の合成と3次非線形光学材料の応用

色素材料を中心とした有機非線形光学材料(2次と3次)のMO法による分子設計と合成、それらの非線形性と化学構造の関係について基礎的研究を行った。そして、色素固体の光物性は集合体での機能であるため、色素集合体の高次構造によって物性が大きく異なることを見い出した。すなわち、色素単結晶のX線構造解析から集合体レベルでの分子のスタッキングを解析し、分子構造と光物性の相関性を確立することを試みた。そして、色素分子間でのπ-π相互作用によって分子が3次元的に自己集積化するキノン系色素を新規に見い出した。これらの色素は分子内CT型発色系をもつナフトキノンおよびベンゾキノン誘導体であり、これらの色素は薄膜上で吸収スペクトルが溶液中に比べ100nm以上も長波長シフトすること、3次の非線形感受率χ^<(3)>が、薄膜上で通常の対応する色素に比べ2桁以上も大きくなることを見い出した。すなわち、色素分子が3次元的なスタッキング構造をとり、色素の分子間距離が3.3-3.4Aになるとπ-平面間で強いπ-π相互作用がおこり、結果的にχ^<(3)>が大幅に向上するとの知見を得た。このように単一色素分子間での3次元的なπ-π相互作用を利用して材料を構築すると、有機非線形光学材料に最も有効な全π電子系で分子から材料を構築することができ、目的とする大きなχ^<(3)>の材料が得られるとの知見を得た。この種の方法論による研究成果は国内外を通じて知られていない。以上の研究成果を、フランス、ドイツと日本の関連国際学会や、国内の学会で発表し、著書4編(内英文1編)、原著論文(6報、英文)、総説、解説5報(邦文)として公表した。3次の非線形光学材料は、将来の光-光変換素子材料として重要であり、ポリジアセチレンなどのpi系高分子材料と、比較的大きなpi電子系をもつフタロシアニンなどの色素系について、従来から広く研究されてきた。われわれは、低分子系色素材料の3次元的なスタッキングによって、材料としてのCHI^<(3)>を大きくする方向で研究を進め、その分子・材料設計について検討してきた。その結果、アミノナフトキノン系色素で目的とする分子を見い出すことが出来たので、その構造とCHI^<(3)>の関係について詳細に検討した。まず、色素の単結晶についてX線構造解析を行い、4中心の分子間水素結合によって分子シート状の構造をとること、さらに層間では4点中心の強力な分子間電荷移動型相互作用によって、分子がスタッキングしており、結果として、P1空間群に属する単結晶をあたえることが判った。この種の3次元的な分子のスタッキングは従来の3次非線形光学材料では見い出されていない。材料のスクリーニングとしては、溶液中と蒸着膜で吸収スペクトルを測定し、その差が大きな材料を選ぶことによって3次元的な分子のスタッキングを予測・判定することが出来るとの知見を得た。この方法論を用いて、ピロロピロール系顔料とテトラアミノベンゾキノン系材料をさらに見い出しており、ピロロピロール系顔料については、すでにそのCHI^<(3)>が先と同様大きくなることを見い出している。次年度はこのスクリーニング方法を用いて材料の探索を行い、3次元的な分子のスタッキングの有効性を一般化して行く予定である。色素材料を中心とした有機非線形光学材料(2次と3次)のMO法による分子設計と合成,それらの非線形性と化学構造の関係について基礎的研究を行った。

そして、色素固体の光物性は集合体での機能であるため、色素集合体の高次構造によって物性が大きく異なることを見い出した。すなわち、色素単結晶のX線構造解析から集合体レベルでの分子のスタッキングを解析し、分子構造と光物性の相関性を確立することを試みた。そして、色素分子間でのπ-π相互作用によって分子が3次元的に自己集積化するキノン系色素を新規に見い出した。これらの色素は分子内CT型発色系をもつナフトキノンおよびベンゾキノン誘導体であり、これらの色素は薄膜上で吸収スペクトルが溶液中に比べ100nm以上も長波長シフトすること、3次の非線形感受率x^<(3)>が、薄膜上で通常の対応する色素に比べ2桁以上も大きくなることを見い出した。すなわち、色素分子が3次元的なスタッキング構造をとり、色素の分子間距離が3.3-3.4Åになるとπ-平面間で強いπ-π相互作用がおこり、結果的にx^<(3)>が大幅に向上するとの知見を得た。このように、単一色素分子間での3次元的なπ-π相互作用を利用して材料を構築すると、有機非線形光学材料に最も有効な全π電子系で分子から材料を構築することができ、目的とする大きなx^<(3)>の材料が得られるとの知見を得た。この種の方法論による研究成果は国内外を通じて知られていない。現代までの研究成果を、フランス、ドイツと日本の関連国際学会で発表し、原著論文(3報、印刷中)として発表した。