hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イネにおけるゲノム容積の変異とその育種への応用に関する研究

地球上の植物を進化学的な視点から見たとき,細胞核に含まれているDNA量(genome size:ゲノム容積)が表現型に対して影響を与え自然選択にかかったのではないかと考えられている.たとえば緯度の高い地方にはDNA含量の高い植物種が多く存在しているというように.本研究はゲノム容積を人為的に変動させることにより,形質(とくに量的形質)の変化をもたらすことができるかどうか,また育種における変異作出法として利用できるかどうかを明らかにする目的で行われた.イネの人為4倍体の集団に数世代にわたってガンマ線を照射することにより,2倍体に復帰する個体が得られる.この個体を無照射で世代を更新すると,一部の個体は後代に多様な変異を分離することが分かった.これらの個体を系統として生育させ,核に含まれるDNA量を測定したところ,原品種のDNA量よりは有意に増減していることが分かった.最大の系統は最小の系統の約25%も多いDNA量をもっていた.日本在来のイネ品種においてもDNA量(ゲノム容積)に変異がみられたが,変異幅は2倍体復帰個体の後代系統のそれより狹かった.2倍体品種の照射によってもゲノム容積の変動が誘発されるが,原品種より小さい方向に変異する割合が大きく,2倍体復帰個体から得られた系統では大きい方向に変異する傾向が強い点で異っていた.誘発されたゲノム容積の変動がイネの諸形質とどのように相関しているかを確認するために,1990,1991,1992年の3ヶ年にわたって形質の調査を行った.草姿,穂長,粒形,粒重,穂数など収量とも密接に関係している形質において,在来品種群や2倍体品種の照射によって得られた突然変異系統群とは異なる相関関係を示すことが分かった.しかし,各々の形質とゲノム容積の間には明確な相関が得られなかった.ゲノム容積の変化は遺伝子システムの作り変えと切り離せないと考えられる.地球上の植物を進化学的な視点から見たとき,細胞核に含まれているDNA量(genome size:ゲノム容積)が表現型に対して影響を与え自然選択にかかったのではないかと考えられている.たとえば緯度の高い地方にはDNA含量の高い植物種が多く存在しているというように.本研究はゲノム容積を人為的に変動させることにより,形質(とくに量的形質)の変化をもたらすことができるかどうか,また育種における変異作出法として利用できるかどうかを明らかにする目的で行われた.イネの人為4倍体の集団に数世代にわたってガンマ線を照射することにより,2倍体に復帰する個体が得られる.この個体を無照射で世代を更新すると,一部の個体は後代に多様な変異を分離することが分かった.これらの個体を系統として生育させ,核に含まれるDNA量を測定したところ,原品種のDNA量よりは有意に増減していることが分かった.最大の系統は最小の系統の約25%も多いDNA量をもっていた.日本在来のイネ品種においてもDNA量(ゲノム容積)に変異がみられたが,変異幅は2倍体復帰個体の後代系統のそれより狹かった.2倍体品種の照射によってもゲノム容積の変動が誘発されるが,原品種より小さい方向に変異する割合が大きく,2倍体復帰個体から得られた系統では大きい方向に変異する傾向が強い点で異っていた.誘発されたゲノム容積の変動がイネの諸形質とどのように相関しているかを確認するために,1990,1991,1992年の3ヶ年にわたって形質の調査を行った.草姿,穂長,粒形,粒重,穂数など収量とも密接に関係している形質において,在来品種群や2倍体品種の照射によって得られた突然変異系統群とは異なる相関関係を示すことが分かった.しかし,各々の形質とゲノム容積の間には明確な相関が得られなかった.ゲノム容積の変化は遺伝子システムの作り変えと切り離せないと考えられる.植物においては細胞核に含まれるDNA量(ゲノム容積と呼ぶことにする)が計量形質と強い相関を持つことが知られている.本研究はイネ品種間のゲノム容積の変異とその計量形質との関係を調査することを1つの目的とする.さらに4倍体照射法によって得られた突然変異系統においても同様の調査を行い,ゲノム容積の変異を用いた育種の可能性について研究する.本年度の結果を要約すると以下の通りである.1.ゲノム容積の測定a.各変異系統および既存品種について蛍光染料(DAPI)で染色した分裂後期の細胞でDNA量(相対量)を測定した.イネの品種間にはDNA量に大きな差があり(1.5倍),突然変異系統のDNA量もその範囲内にあった.b.化学的手法によりDNAを定量し細胞当りの絶対量を推定したところ,細胞当り11.5pgと今までの報告と似た値が得られた.c.興味ある知見としてコシヒカリがDNA量が多く,両親である農林1号と農林22号は少ないことが明らかとなった.d.測定の方法として減数分裂期直後の四分子細胞の利用を試みたがバックグラウンドが高く,工夫が必要であることが分かった.2.ゲノム容積と計量形質の関係a.花粉の体積とDNA量の間には強い正の相関のあることが分かった.b.品種間,系統間の出穂期の差は遺伝子の支配とは別にゲノム容積が大きいほど遅くなる傾向を示すこが明らかとなった.c.品種間,系統間でいくつかの計量形質の間に相関のあることが分かった.

ゲノム容積との関係を調査中である.イネの人為4倍体の集団を累代照射(ガンマ線)することにより、集団中に2倍体と似た形態をもつ個体が出現してくる。これらの個体の自殖後代を無照射で栽培し,さまざまな変異形質を持つ系統を選抜した。それぞれの系統で染色体数を調べたところ2n=24でイネの2倍体と同じであることが分かった。これらのことを2倍体復帰系統と呼ぶ。4倍体照射法の変異誘発法としての有効性を示すために,ゲノム容積(細胞核当りDNA量)の変化と諸形質の変異について調査した。1.ゲノム容積の変異既存の栽培品種を25品種,農林8号のガンマ線誘発突然変異を26系統(農林省放射線育種場より入手),2倍体復帰系統を37系統(フクニシキ由来24系統,日本晴由来13系統):4倍体個体を94個体(フクニシキ由来65個体,日本晴由来29個体)を用いて細胞核当りDNA量を,顕微分光光度計を使って測定した。品種間でDNA量に変異があり,最少と最大で1.27倍の違いがあった。4倍体照射法で得られた2倍体復帰系統間でも同程度の変異が見られた。農林8号の突然変異系統間ではいくぶん変異幅が狭かった。また原品種と比べた場合,DNA量の多い方向に変異しているものの割合は2倍体復帰系統の方が多い傾向にあった。4倍体集団は放射線を照射されることにより,DNA量を変動させ,23.5%減のものから5.9%増のものまで見られた。2.収量形質の変異同じ品種や系統を用いて収量に関係する形質の変異を調査した。既存の品種では100粒重と1穂粒数の間には負の相関がみられる。一方,2倍体復帰系統では相関がないか正の相関が見られ,品種の変異誘発とは異なった変異様式でもって系統が生じていることが分かった。平成2年度・3年度に引き続き、4倍体照射法によって作出された2倍体突然変異系統のゲノム容積(細胞核あたりDNA量)と形質との相関を明らかにする実験を行った。前2回の形質調査は東京大学農学部実験圃場(東京都文京区)と東京大学農業部附属多摩農場(東京都田無市)で行ったが、本年度は新潟県農業試験場(新潟県長岡市)の圃場で栽培して行った。東京に比べ播種が1ケ月早まったことが諸形質にどのように影響するかに注目し、ゲノム容積との関係を考察するための情報を得ようとした。栽培地・栽培時期の違いは草姿や穂の形態や粒形など全体的にみた草の型を変化させることはなかった。しかし、生育期間を長くしたことにより東京の栽培では明確ではなかった系統間の出穂期の違いが拡大され顕在化した。播種期が早ったために出穂期が早くなる系統と東京での出穂期とほとんど変らないものとがあった。また、8月中旬までに出穂するものとしないもので草丈に占める穂長の割合が異なる2つのグループに分かれることが分かった。8月中旬までに出穂する系統は草丈が95cmから117cmぐらいの間にあって、草丈の約25%を穂が占めていた。一方、117cmより草丈の高い系統は8月下旬、9月上・中旬にまで出穂期がばらついており、草丈も140cmに達する系統があった。草丈の違いによらず草丈に占める穂長の割合は約20%であった。このようなグループ分けは日本在来品種にも通用することが示唆された。諸形質とゲノム容積の間の関係を明らかにするために相関をとってみた。残念ながら相関がみられるのは花粉の大きさのみであり、ゲノム容積と変異形質(とくに量的形質)には直接的な関係はないと結論せざるを得ない。
国際発表技術学習のためのマルチメディアを利用した教材開発と効果

本研究では、国際発表技術を紹介するマルチメディアコンテンツ(教材)とCAI(ドリル、学習記録、記録バックアップ)を開発し、信州大学工学部の英語プレゼンテーション授業等の教員と学生に使用してもらった。学会発表の申し込み、発表資料の準備、発表練習、発表当日の心得について内容を分け、ウェブ配信のために設計した今回の内容をコースウェア配信用サーバで公開している。動画による説明はわかりやすいので評判が良いが、様々な種類のオペレーティングシステムプラットフォームやブラウザの表示問題が生じ、コンテンツをよりシンプルなレイアウトに作り変え、また視聴覚障害をもっている学習者のために教材、ドリル、試験にテロップなどの工夫を加えた。インターナショナル・オーディエンス(international audience)を相手に行う発表の準備を助けるコースウェアの開発を目的としている。教室の中だけではなく、遠隔からでも学べるように、多くのマルチメディアコンテンツが含まれたウェブ配信内容とする。本研究では、インターナショナル・オーディエンス(international audience)を相手に行う発表の準備を助けるコースウェアの開発を目的としている。教室の中だけではなく、遠隔からでも学べるように、多くのマルチメディアコンテンツが含まれたウェブ配信される内容である。平成18年度から、このマルチメディアコンテンツとCAIシステム(ドリル、試験、学習記録、記録バックアップ)を合わせたコースウェアを開発し始め、信州大学工学部の英語プレゼンテーション授業等の教員と学生に評価をしていただいている。実際に国際学会発表を行う学生等の協力で教材中の例を作成し、遠隔で学ぶ学生のためにも、講師が側にいなくても分かりやすいシンプルなコンテンツ構成となっている。コースウェアコンテンツ配信用のサーバを準備し、オーサリングツールで設計したマルチメディアページ内容をhttp://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/clv3/clv3.htmlで内容を公開している。動画による説明は分かりやすいので評判が良いが、様々なオペレーティングシステムプラットフォームやブラウザでの表示問題が生じ、対応しなければならない。複数の講師が内容を提供する場合の編集作業について発表し、オーサリングツールの操作知識が無い方でも簡単に参加できるためにマルチメディアページのテンプレートをまとめている。平成18年度から、このマルチメディアコンテンツとCAIシステム(ドリル、試験、学習記録、記録バックアップ)を合わせたコースウェアを開発し、信州大学工学部の英語プレゼンテーション授業等の教員と学生に評価をしていただいている。コースウェアコンテンツ配信用サーバでオーサリングツールで設計したマルチメディアページ内容をhttp://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/clv3/clv3.htmlで公開している。動画による説明は分かりやすいので評判が良いが、様々なオペレーティングシステムプラットフォームやブラウザでの表示問題が生じ、その対策をするとともに学習者の様々なニーズにこたえるための工夫を試みている。特に、聴覚障害で音声が聞こえない学習者のために教材や試験内容の中にビデオ等が含まれている場合、スクリプト準備などが必要となっている。実現しているマルチメディアコンテンツの特徴を紹介ディスクにまとめ、http://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/t15/t15.htmlで公開している。教室の中だけではなく、遠隔からでも学べるように、多くのマルチメディアコンテンツが含まれたウェブ配信内容である。平成18年度から、このマルチメディアコンテンツとCAlシステム(ドリル、試験、学習記録、記録バックアップ)を合わせたコースウェアを開発し、信州大学工学部の英語プレゼンテーション授業等の教員と学生に評価をしていただいている。オーサリングツールで設計したマルチメディアページ内容をコースウェアコンテンツ配信用サーバ(http://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/clv3/clv3.html)で公開している。動画による説明は分かりやすいので評判が良いが、様々なオペレーティングシステムプラットフォームやブラウザでの表示問題が生じ、コンテンツをよりシンプルなレイアウトに作り変えている。また視聴覚生涯をもっている学習者のために教材、ドリル、試験に工夫(テロップ等)を加えている。開発しているマルチメディアコンテンツの特徴を紹介ディスクにまとめ、http://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/t15/t15.htmlで公開している。本研究では、平成18年度から、国際発表技術を紹介するマルチメディアコンテンツとCAIシステム(ドリル、試験、学習記録、記録バックアップ)を開発し、信州大学工学部の英語プレゼンテーション授業等の教員と学生に使用してもらっている。学会発表の申し込み、発表資料の準備、発表練習、発表当日の心得について内容を分けて提供している。オーサリングツールで設計したマルチメディアページ内容をコース

ウェアコンテンツ配信用サーバ(http://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/c1v3/c1v3.html)で公開している。動画による説明は分かりやすいので評判が良いが、様々なオペレーティングシステムプラットフォームやブラウザでの表示問題が生じ、コンテンツをよりシンプルなレイアウトに作り変え、また視聴覚生涯をもっている学習者のために教材、ドリル、試験に工夫(テロップ等)を加えている。多くの英語教員にマルチメディアコンテンツの作成作業に参加していただくために、マルチメディア教材の作成チュートリアルをまとめ、本研究で作成したコンテンツをサンプルにして、それぞれの設計と実現方法を載せている。開発しているマルチメディアコンテンツの特徴を紹介ディスクにまとめ、http://sakura.cs.shinshu-u.ac.jp/pauline/work/avasys/t15/t15.htmlで公開している。
金属間化合物の環境脆化と水素の動力学に関する研究

環境に存在する水分の分解により生じた水素に起因する金属間化合物の環境脆化を、材料表面での水素の分解、浸透、移動、凝集に関する各プロセスさらには破壊機構に関して検討を行った。その結果,金属間化合物の低温域で顕在化している環境脆化は,他の汎用従来金属材料とは異なり、比較的温和な環境条件下でかつ激烈に生じていることが明かにされた。さらに、従来intrinsicなものとされてきた金属間化合物の脆性の多くは環境脆化というextrinsicな脆性要因によることを明かにした。特に、合金化による金属間化合物の延性化の多くの例は,環境脆化の抑止により発現していることを明かにしたことが強調される。また一方では、本現象と微視機構の理解を通じて、以下に示されるような幾つかの環境脆化の抑止法を見いだすと共にその機構を解明した。1. Ni_3(Si,Ti)に微量のボロンと炭素を添加することにより環境脆化を完全に抑止することが出来た。2. Ni_3(Si,Ti)にat.%レベルのCr,Mn,Feを合金化することにより環境脆化を完全に抑制することが出来た。3. Ni_3(Si,Ti)において、前変形を与えることにより完全に環境脆化が抑制されることを発見した。4. Ni_3(Si,Ti)の表面をショットピーニング加工することにより環境脆化を著しく低減させる実用的方法を見いだした。5. Ni_3(Si,Ti)の表面に,Niメッキ膜を付与させさらに適切な熱処理により環境脆化を抑制させることに成功した。これら水素脆化の抑止例は,他の多くの金属間化合物でも、成分の制御,側面改質さらには結晶欠陥の制御により,環境脆化の抑制が可能であることを示唆している。また、金属間化合物表面での電気化学,金属間化合物中での成分元素と水素との相互作用,あるいは格子欠陥と水素との相互作用に関する基礎的研究が今後重要であることが指摘される。
労働者7,000人を対象とした、高血圧及び肥満に関する遺伝子多型のリスクの調査

本研究の目的は労働者の血液からDNAを抽出して、高血圧、肥満と関連するといわれている遺伝子多型を分析し、多変量解析を用いて他の要因を考慮し、これらの遺伝子多型の疾病への影響を調査することである。今後、予防医学的な遺伝子多型の活用のためには、大規模集団を用いたケース・コントロール研究が必須であるが、インフォームドコンセントの問題もあり、対象者の確保が非常に困難である。本研究での対象は、今後の追跡調査が可能であり、また他の遺伝子多型を調査する場合においても貴重な研究資源になると思われる。本年度の実績として、前年度に入力した、対象者の年齢、既往歴、家族歴、身体計測値、血圧測定値、および尿、血液の測定結果等のデータを結合し、その正確性を検証し高めたことである。集まった対象者は、男3834人、女2591人で、男女の平均年齢は、それぞれ、38.2歳、38.6歳、BMIは22.8kg/m^2、22.0kg/m^2、収縮期血圧が123.1mmHg、115.6mmHg、拡張期血圧が74.3mmHg、69.8mmHgであった。高血圧者は、収縮期血圧140mmHg以上または拡張期血圧90mmHg以上とすると男で589人(15.4%)女で176人(6.8%)であった。肥満者はBMI25kg/m^2以上とすると男で782人(20.4%)、女で386人(15.6%)であった。調査する多型については近年の調査結果をふまえ、最近関連が報告されているG蛋白β3サブユニット(C825T)、セロトニン5-HT2受容体(T102C)、11β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ(G534A)を検索することとした。次に高血圧、肥満に影響する他の要因を含めて遺伝子多型の影響を明らかにするための統計モデルを考案し、このモデルが遺伝子多型の影響を明らかにする上で有用であることを確認し、研究を次の段階に進めている。本研究の目的は労働者から血液を採取しDNAを抽出して、現在本研究室で分析しているアンギオテンシノーゲン遺伝子(M235T及びT174M)、アンギオテンシンI変換酵素遺伝子(I/D)、β3アドレナリン受容体遺伝子(Trp64Arg)の遺伝子多型を分析し、次に対象者の年齢、既往歴、家族歴、身体計測値、血圧測定値、および尿、血液の測定結果等をコンピュータに入力し、これらの遺伝子多型が他の要因を考慮しても、高血圧及び肥満のリスクがあるか、多変量解析を行うことである。本年度の実績としてまずあげられるのは、企業と交渉の上、労働者を研究対象として確保し、研究に関して説明を行い同意を得たことである。予防医学的に遺伝子多型を活用するためには、大規模集団を用いたケース・コントロール研究が必須であるが、インフォームド・コンセントの問題もあり、国内外で良好な大規模な一般人集団確保が非常に困難である。本研究での対象集団は、今後の追跡調査が可能で、分析した遺伝子多型の影響をさらに詳細に検討できる。また、他の遺伝子多型を調査する場合においても貴重な研究資源になると思われる。他の本年度の実績としては、一般健康診断時に問診表を用いて対象者の既往歴および家族歴等を調査したこと、身体計測、血圧測定、尿検査、血清生化学検査と遺伝子多型調査のための検体を採取したこと、対象者の年齢、既往歴、家族歴、身体計測値、血圧測定値、および尿、血液の測定結果等をコンピュータに入力したことであった。

肥満者はBMI25kg/m^2以上とすると男で782人(20.4%)、女で386人(15.6%)であった。調査する多型については近年の調査結果をふまえ、最近関連が報告されているG蛋白β3サブユニット(C825T)、セロトニン5-HT2受容体(T102C)、11β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ(G534A)を検索することとした。次に高血圧、肥満に影響する他の要因を含めて遺伝子多型の影響を明らかにするための統計モデルを考案し、このモデルが遺伝子多型の影響を明らかにする上で有用であることを確認し、研究を次の段階に進めている。
ファーバー病の病態解明-遺伝子のクローニングとシグナル伝達異常の解明

セラミダーゼ欠損症であるファーバー病の病態を解明するため、酸性セラミダーゼの精製と培養皮膚線維芽細胞を用いセラミド蓄積によるサイトカインの変化を検討した。ファーバー病患児では著明な痩せ、関節部位などに皮下結節が認められる。患者血清での種々のサイトカインを検討したところ、TNF-α、lL-2は正常であったが、lL-6の高値、急性炎症性蛋白の高値が認められた。アイソトープラベルのスルファチド負荷によりファーバー病ではリソゾーム内だけでなく細胞膜にもセラミドが蓄積することが明らかとなった。この細胞膜へのスルファチド蓄積により、細胞内シグナルが変化するのではないかと考え、培養皮膚線維芽細胞にC2セラミド、スルファチドを7日間負荷し、経時的に培養液中の種々のサイトカインを測定した。lL-2、TNF-αは変化が認められなかったがlL-6の上昇が認められた。ファーバー病由来と他のリソゾーム病、正常皮膚線維芽細胞との比較では明らかな変化は認められなかった。さらに、転写調節因子であるNFπB量をゲルシフトアッセイにより検討したが有意な差は認められなかった。ファーバー病での皮下結節増加、やせの病態をlL-6の増加から明らかとすることは出来なかった。酵素精製、クローニングに関しては、ヒトリンパ球を用い、現在各種の疎水性カラムを用い酵素精製を行っているが、アミノ酸分析にまで持っていける精製蛋白は得ていない。今後精製法の検討や、セラミドのアフィニティーカラムなどを作製する必要がある。
水素結合によるポリ酸アニオン会合体の安定性に与えるイオン対形成の影響

プロトン化したデカバナジン酸イオンの非水溶媒中における会合挙動を、小角X線散乱および多核NMRを用いて追跡した。アセトン、アセトニトリルなど水素結合を受容しない溶媒はデカバナジン酸の二量体形成を促進し、1,4-ジオキサンやジメチルスルホキシドなど、水素結合受容性の溶媒は、二量体を解離させる。このように、デカバナジン酸の会合挙動は、溶媒の水素結合形成能に依存することが明らかになった。さらに、二量体の安定性に対する、対カチオンの影響を検討した。研究代表者は最近、水素結合により自己会合したポリ酸アニオンの質量分析に世界に先駆けて成功した。その際に検出されたアニオン会合体の中に、アニオンの負電荷を上回る数のカチオンと結合することにより、正に帯電したイオン対として検出されたものが見られたことに着想を得て、イオン対形成が水素結合による弱い相互作用での分子会合を安定性化するという仮説を立てた。本研究は、デカバナジン酸[H_nV_<10>O_<28>]^<(6-n)->をプローブとして、この仮説を検証することを目的とする。平成22年度においては、アルキル鎖長が48の四級アンモニウム[(n-C_mH_<2m+1>)_4N]^+(m=48)を対イオンとするデカバナジン酸塩アセトン溶液のESI質量分析を行った。いずれの塩においても、デカバナジン酸イオンの水素結合二量体[(H_3V_<10>O_<28>)_2]^<6->が四級アンモニウムイオンと形成するイオン対{[n-C_mH_<2m+1>)_4N]_5[(H_3V_<10>O_<28>)_2]}^-および{[(n-C_mH_<2m+1>)_4N]_7[(H_3V_<10>O_<28>)_2]}^+が検出された。また、テトラブチルアンモニウム塩について、さらに条件を最適化した測定を行ったところ、従来見いだされていたデカバナジン酸イオンの水素結合二量体のみでなく、四量体が10個のテトラブチルアンモニウムイオンとイオン対を形成した{[(n-C_4H_9)_4N]_<10>[(H_3V_<10>O_<28>)_4]}^<2->に帰属されるピークが見いだされた。この四量体は、研究代表者によるX線小角散乱および^1H,^<51>V-NMRの研究では見いだされていない化学種であるため、今後その存在条件および構造の詳細について研究を進めてゆく予定である。平成23年度においては、ピリジニウム、ピコリニウムおよびルチジニウムを対カチオンとする系に対して、X線小角散乱および^<51>VNMRを用いてデカバナジン酸の会合状態を検討した。X線小角散乱においては、散乱曲線から求めた回転半径を元に、^<51>VNMRにおいては、これまでに蓄積した知見にもとついてスペクトルを解釈することにより、デカバナジン酸の会合状態を推定した。その結果、いずれの対カチオンについても、イオン対は形成しているものの、デカバナジン酸イオンの自己会合は見られないことが明らかになった。これらの系から得られた結晶のX線構造解析からも、溶液での研究結果と整合する構造が得られている。平成23年度に得られたアルキルアンモニウムを対カチオンとする系ではデカバナジン酸イオンが自己会合しているという結果と比較すると、本年度得られた研究結果はは、対カチオンの水素結合供与性が、デカバナジン酸イオンの自己会合挙動に影響を与えることを示している。研究代表者は、水素結合により自己会合したポリ酸アニオンの質量分析に世界に先駆けて成功した。

本研究は、デカバナジン酸をプローブとして、この仮説を検証することを目的とする。平成24年度においては、水素結合に関与するプロトン数を変化させたときの会合構造変化を解明するため、酢酸およびトリフルオロ酢酸を加えた系について、X線小角散乱および51V NMRを用いてデカバナジン酸の会合状態を検討した。X線小角散乱においては、散乱曲線から求めた回転半径を元に、51V NMRにおいては、これまでに蓄積した知見にもとづいてスペクトルを解釈することにより、デカバナジン酸の会合状態を推定した。その結果、トリフルオロ酢酸の場合には、デカバナジン酸に対しておよそ5倍量加えた時点で回転半径の変化が完了するのに対し、酢酸を用いた場合には回転半径の変化が完了するまでにデカバナジン酸に対しておよそ1500倍量を加える必要があることが明らかになった。また、変化後の回転半径は、アセトンージオキサン系において我々が過去に報告した単量体の値に比べて有意に大きかった。そこで、酢酸大過剰の条件下で結晶化を行ったところ、デカバナジン酸二量体に酢酸2分子が水素結合した複合体が、更に酢酸二分子により連結された無限鎖状構造が見いだされた。このような複合体の存在が、回転半径の違いに反映されていると考えられる。対カチオンの水素結合供与性が、溶液及び結晶中でのポリオキソメタレート自己会合状態に影響を与えるという、これまで知られていなかった知見が得られたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。ピリジニウム、ピコリニウムおよびルチジニウムがいずれも水素結合により自己会合したデカバナジン酸を解離させる効果を示すことは明らかになったが、その効果の強さについては十分に検討できていない。これら対カチオンの濃度を変化させた実験を行い、その効果の強さを見積ることにより、自己会合状態を解離させる作用の本質について考察を行う。
フォールトトレラントな人間-機械協調制御システム実現のための基礎研究

GIMC (Generalized Interanl Model Control)構造を用いた耐故障制御系の構築について検討し,データ駆動型制御器設計法であるVRFT (Virtual Reference Feedback Tuning)を用いて,実際に観測された入出カデータから直接耐故障制御器の設計を可能にした。また,オンラインでの実装を考慮して,VRFTに逐次最小二乗法を適用することでオンラインでの耐故障制御器の設計を可能にし、シミュレーションおよび実機実験より有効性を確認した。また、実際に使用する状況を考慮すると,センサで観測された信号に混入する雑音に対して,制御器設計(パラメータ調整)がロバストであることが好ましい。そこで,観測信号に雑音が混入した場合にも良好に制御器設計(調整)が可能なデータ駆動型制御器設計法について検討した。結果として,評価したい信号と,その信号とは無相関な信号との相互相関関数を評価することで雑音に対してロバストな制御器設計が可能となることを利用し,Unfalsified Controlで導入された擬似参照信号を導入することで制御器設計に要する実験回数を大幅に低減したFCbT(Fictitious Reference Feedback Tuning)を提案した。さらに、オンラインでの設計を可能とするために,非線形な最適化問題の線形化について検討した。SISOシステムに関しては容易に線形化が可能であり,MIMOシステムに関しても制御対象の入力の次元と同じ回数のデータ取得実験を行うことで雑音の影響に対してロバストな制御器調整が可能となることを示した。今年度の研究成果として,第1点目として耐故障制御系の構築に関する検討を行った。故障による影響が双対Youlaパラメータとしてモデル化できると考え、Hansen法により双対Youlaパラメータを同定した。そして,同定された双対Youlaパラメータに基づいて耐故障制御を達成するYoulaパラメータを設計し、GIMC構造を用いて実装し、柔軟アームの冗長センサ故障問題に適用し、製作した実機において良好に故障の影響を抑制できることを確認した。さらに、事前に想定していない未知の故障に対して故障の影響を促成する耐故障制御系を構築するため、故障時に採取された時系列データからGIMC構造におけるYoulaパラメータを設計する方法として,近年盛んに研究が行われているVRFTと呼ばれるデータ駆動型制御器設計法を採取した。VRFTはコントローラの未知パラメータを最小二乗法により導出するため、オンラインでのコントローラの設計が可能である。故障発生後に適切なYoulaパラメータ事前情報を用いることなく設計することが可能となる。提案するオンラインでの耐故障制御系構築法をアクチュエータ故障問題に適用し、故障後においても故障前とほぼ同等の目標値応答特性とフィードバック特性を実圏できること確認した。しかし、現在コントローラパラメーターは一括処理最終二乗法により求めているため、逐次最小二乗法によるコントローラパラメータの取得が課題である。第2点目として,一回の実験データから多変数コントメーラパラメータを設計する方法として,相互相関関数を利用したFCbTを提案し、シミュレーションによりその有効性を確認した。構築した実験システムは多入力システムであることから多入力システムに適用可能なデータ駆動型制御器設計法を提案した。しかし、オンラインでの利用を考慮すると非専務医最適化を利用するFCbTを線形な問題に近似し、最小二乗法などにより解ける形に変換する必要がある。
ICTを活用した他校の複式学級担任との協働的な学級経営に関する試行的実践

人口減少に伴い,北海道だけではなく,全国的に学校の小規模校化が進んでいる。へき地・小規模小学校での学校運営・校内研修・学級経営に関して,短期および長期のいずれの視点からも実践的な研究が求められている。本研究は,へき地・小規模小学校の複式学級担任の職務上の課題解決というこれまで注目されてこなかった研究テーマであり,学年打ち合わせにICTを活用するという新たな取り組みである。複式学級の担任の職務上の課題解決を図ること,へき地・複式小学校の児童特有の教育上の課題(多様な意見に触れたり,切磋琢磨したりする機会が比較的少ない等)を解決することを目指し, iPadなどの汎用性の高いタブレット端末を活用し, Facetimeなどのビデオ通話機能を活用した学年打ち合わせを行い,学校を超えて協働的に学級経営に取り組んだ。申請者を含む,異なる小学校に勤務する同学年の複式学級担任同士が, 1タブレット端末を活用して,不定期に「疑似学年打ち合わせ」を行い,教材研究を行ったり,学級経営上の悩みを相談し合ったりした。2また,クラウドサービスやメールサービスを利用して,教材・教具・指導計画・掲示物・ワークシート・宿題プリント等を学級担任同士で共有し、重複する業務について役割分担・負担軽減を図ることができた。学年打ち合わせのなかで教材研究に着目したのは,研究代表者が単学級小学校の学級担任を対象にすでに実施・報告した悉皆調査の結果から,「教材研究(学習計画の作成,ワークシートや掲示物など教材の作成)」「学習の進度の確認」について負担感を感じている教員が7割にのぼったからである。また,複式学級の場合は,一つの教科につき2学年分の授業準備をする必要があり,単式学級に比べて2倍以上の時間を要する。この点を踏まえ,授業づくりに特化して,校内の他学年の同僚よりも,他校の同学年の担任同士で,特別な設備を使わずにできるタブレット端末を通して相談・共有し合うことで負担軽減を図った。一方で,交流する回数や時間を定期的に確保することが難しいという課題も明らかになり,継続的な取り組みのためにどのような方策が必要か今後検討していく必要がある。
ペイシェントアドボカシーの実践を支える心理的安全性の高い環境づくりガイドの開発

本研究では、組織行動学の分野で注目されている心理的安全性という概念に着目し、ペイシェントアドボカシー(患者の権利擁護)の実践におけるチームの心理的安全性の様相を明らかにする。そのうえで、チームの心理的安全性を高めるような看護管理者のかかわりや専門看護師の介入スキルを明らかにし、心理的安全性の高い環境づくりガイドを作成する。医療チームにおいて心理的安全性の高い環境づくりを実践することは、ペイシェントアドボカシーをはじめとする倫理的看護実践を促進することにつながり、医療チームによる「患者の意向に沿った医療の提供」を実現することが期待できる。
微生物活性によって堆積汚泥を資源化する乳酸菌入灰分造粒物の開発

社会的に大きな問題となっている水域に放出された過剰有機物、特に未処理で放出せざるを得ない下水等の有機物を起源にもつ堆積有機泥により消滅された生態系を再生する技術として、石炭灰、鉄鋼スラグ、竹粉を主たる材料としたアルカリ剤造粒物を開発した。アルカリ剤造粒物の散布により生物が活動できない土壌を生物が継続的に活動できる場に変えることを実現した。開発段階において有機泥内での乳酸菌の活動条件、灰分の溶解特性および灰分を供給した有機泥中での微生物の活性状態、および珪藻に利用される珪酸の構造を明らかにするとともに、その溶出方法を開発した。有機汚泥の浄化に関して,石炭灰,鉄鋼スラグ等のアルカリ剤は還元化した土壌を改善する材料として有用なこと,竹には乳酸菌が含まれ,土壌菌の活性材料として活用できることがわかっている.本研究では有効に活用できていない石炭灰,および災害の原因ともなる竹を主たる材料とした有機汚泥の資源化技術を提案することを目的としている.本研究では乳酸菌,グルコースを多量に含む多孔質のリグニン構造体である竹粉からの溶出物質が堆積有機物(泥)の性状変化に及ぼす効果,さらに溶解非晶質のSiO2,Al2O3,CaO,Fe2O3等の酸化鉱物により組成される石炭灰を造粒した石炭灰造粒物の相乗効果について検証した.石炭灰造粒物からの溶出イオンは有機物堆積層のpHの上昇と2次鉱物である微細土粒子表面での陽イオン交換により粒子間の結合を変化させる.竹粉に含まれるグルコースは乳酸菌の活性につながると同時に泥層内に生存する微生物を活性化する.堆積有機泥にグルコースを混入するとグルコースは微生物に餌として利用され,臭気を伴うガスの放出が激しく起こる.堆積泥には易分解性の有機物が十分には含まれておらず微生物は欠乏状態にあるため,活性が低いがグルコースの混入により活性が増大する.微生物の活性化は難分解性の有機物を分解しヘドロ化した沿岸域を再生する可能性を有している.本論文では石炭灰造粒物と竹粉を併用することで,還元化した有機泥土壌での生態系を再生する可能性を見い出すことを目標として,竹粉による微生物の活性特性,水和特性を検討した.この結果,竹粉に含まれるグルコースは微生物の活性に寄与するこを確認した.現在まで計画どおり進めることができた。混合した竹には有用な微生物(乳酸菌)の他、ミネラルやエネルギー源であるセルロース等が含まれている。竹の有効利用手法の一つは竹を発酵して竹溶液を土壌改善に用いる方法がある。竹粉を直接に土壌改善材料として利用できれば高い経済効果が得られるが、竹粉発酵に伴う有機酸は土壌を酸性化させることが課題として残されている。アルカリ剤に竹粉を混合して造粒することによりこの課題を解決し、生物が活動できない土壌を生物が継続的に活動できる場に変えることを実現した。石炭灰からSiO2、Ca2+、竹灰からはK+、Mg2+のミネラル溶出が顕著であり、2つの灰を用いることで汚泥の浄化が進むことを明らかにした。この成果を進め土壌改善材料、性能が高い石炭灰造粒物(GCA)に竹粉を混合して高性能な底質・水質改善技術の開発するためGCAー竹粉混合材料の溶出特性を室内実験により明らかにした。竹粉を持った発酵により放出された有機酸や栄養塩類等は微生物を活性させる特性をGCAに融合することで底質・水質浄化に対するGCA効果を高める可能性が見出された。GCAにはpHの上昇効果や物質の固定効果があり、竹粉発酵に伴う酸性化や酸素消費はGCAを添加することで抑制できる。以上のことから、GCAと竹粉の配合を変化させることで、目的に応じた土壌づくりができ、GCAー竹粉混合材料は土壌改善材料として成り得ることを明らかにした。今後竹粉に含まれる乳酸菌の活性が十分でないため、乳酸菌の活性を向上させるため竹炭を混合する手法の開発に取り組む。その他は当初計画どおり進めることができた。沿岸環境
周期の微分方程式と超弦理論・超対称ゲージ理論

本研究は、各研究分担者間で相互に情報を交換しつつ互いに独立に研究を進めるという、独特の研究形態をとった。以下に示すように、各分担者の研究は、密接に関係しながら互いに刺激を与え合うことにより、実施計画に示した目標の達成はもちろん、それ以上の成果を得ることができた。1山田は、二次元量子重力理論の可積分構造と特異点理論の関係を追求した。この研究の結果、KP方程式、Drinfeld-Sokolov方程式、Painleve方程式などとの本質的な関わりが見出され、Painleve方程式の理解、特に、その対称性の起源について大きな成果を得ることが出来た。この結果は、単にPainleve方程式に留まらず、数理物理の様々なテーマとの関連において、今後の発展が期待されている。2梁は、N=2超対称ゲージ理論を記述するSeiberg-Witten曲線やその一般化である幾何学を系統的かつ具体的に解析した。この研究により、特異点理論との深い関係が明らかになり、特に、例外型リー群をゲージ群にもつ場合の、対応する幾何構造の解明に成功した。3細野は、ミラー対称性の研究をさらに発展させた。特に、K3ならびに楕円ファイバーをもつカラビ・ヤオ多様体のGromov-Witten不変量の計算において、重要な成果をあげた。高い種数の曲線の数え上げの問題についても、理論的、計算的な面で着実な進展が得られている。細野は、斎藤政彦(神戸大)、J.Stienstra(Utrecht大)と共に、ヘテロティック超弦理論と双対対応を持つカラビ・ヤオ多様体のうちで、abelian fibrationを持つSchoenのカラビ・ヤオ多様体について調べ、プレポテンシャルと呼ばれる関数が、例外型格子のデータ関数をはじめとする保型形式によって記述されることを示した。最近、有理楕円曲面を含む3次元カラビ・ヤオ多様体のプレポテンシャルが、有理楕円曲面上のN=4超対称ゲージ理論のモジュライ空間の位相不変量と関係することが報告されているが、我々の結果もこれと大変良く一致しており興味深い。梁は、伊藤克司(筑波大)と共に、4次元N=2超対称ゲージ理論の厳密解に現れる複素曲線を周期型戸田孔子のスペクトル曲線により与え、その周期積分の満たすPicard-Fuchs型微分方程式を調べた。ゲージ群がADE型の場合、微分方程式はADE型特異点理論で導入された平坦座標を用いて系統的に記述される。この結果は4次元N=2ゲージ理論と2次元位相的場の理論が深く関連することを示唆するものである。さらに、有効ポテンシャルのインスタントン補正を計算し、ADE型ゲージ群すべての場合で微視的インスタントン計算と一致することを示した。山田は、野海正俊(神戸大)とともに、例外型特異点に付随するGauss-Manin方程式を解析し、関係する可積分構造を明らかにするとともに、単純楕円型特異点に対するプレポテンシャルを超幾何関数で具体的に与えた。同時に、Painleve方程式のアフィンワイル群対称性の研究も進め、表現論的、代数幾何的な方法の開拓を試みた。この問題は初期値空間の構造を通して、ゲージ理論のモジュライ空間の問題とも深く関っていると思われる。これらの問題を検討しあうため、S.Theisen(Munchen大)を招いて研究会を開催し(10/20-25、筑波大学)、極めて有意義であった。

2梁は、N=2超対称ゲージ理論を記述するSeiber-Witten曲線やその一般化である幾何学を系統的かつ具体的に解析した。この研究により、特異点理論との深い関係が明らかになり、特に、例外型り一群をゲージ群にもつ場合の、対応する幾何構造の解明に成功した。3細野は、ミラー対称性の研究をさらに発展させた。特に、K3ならびに楕円ファイバーをもつカラビ・ヤオ多様体のGromov-Witten不変量の計算において、重要な成果をあげた。高い種数の曲線の数え上げの問題についても、理論的、計算的な面で着実な進展が得られている。
エイコサペンタエン酸(EPA)の上皮細胞シート形成における生理的意義の解析

本研究の目的は、線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析およびPAF-2ノックアウト動物を駆使して、エイコサペンタエン酸のような高度不飽和脂肪酸を含むリン脂質が、上皮細胞のシート形成にどのような役割を果たしているかを分子レベルで明らかにすることである。本年度は、まず、上皮細胞の異常と高度不飽和脂肪酸の関連を明らかにするため、線虫を用いて高度不飽和脂肪酸欠失状態を作出し、高度不飽和脂肪酸の欠乏によって影響を受ける蛋白質を網羅的に探索した。この結果、上皮細胞のギャップジャンクションに存在する、ある特定の膜蛋白質を候補分子として得た。本分子を発現抑制した際に得られる表現型は、高度不飽和脂肪酸欠乏条件下においてのみ観察されることから、本分子機能は高度不飽和脂肪酸を含む膜環境を要求するものと考えられた。一方、哺乳動物におけるPAF-2の機能を明らかにするため、PAF-2ノックアウトマウスを作製し、解析を行った。PAF-2は哺乳動物においても腎臓、腸管、肝臓などの上皮細胞、極性細胞に高発現していたが、通常の飼育条件下では見た目上表現型を示さなかった。そこで、LPSを用いて腎臓の上皮細胞にストレスを与えたところ、腎障害からの回復過程に異常を来すことが分かった。また、四塩化炭素を投与することにより肝実質細胞に障害を与えた場合にも、肝障害からの回復過程に異常を来す結果が得られた。従って、PAF-2は上皮細胞や極性細胞が障害から回復する過程において、何らかの機能を有している可能性が示唆された。本年度は、PAF-2欠損変異体の表現型である上皮細胞の異常と高度不飽和脂肪酸の関連を明らかにするため、PAF-2と高度不飽和脂肪酸合成酵素群の遺伝学的相互作用を検討した(線虫)。また、PAF-2のノックアウトマウスを樹立し、その表現型を解析した。1)線虫における高度不飽和脂肪酸合成酵素の変異体では高度不飽和脂肪酸が減少しており、数%の胚致死性が観察される。また、PAF-2の発現を約30%まで低下させたトランスジェニック線虫では顕著な表現型を示さない。高度不飽和脂肪酸とPAF-2の関連を調べるため、これらの変異体を交配させたところ、胚致死などの表現型が著しく増強され、約半数の個体で異常が生じることが明らかになった。上皮細胞特異的にPAF-2の発現を低下させたトランスジェニック線虫においても同様の遺伝学的相互作用が観察された。すなわち、PAF-2が上皮細胞において高度不飽和脂肪酸の代謝と密接に関与することが遺伝学的に示された。2)PAF-2は腎臓、肝臓、腸管などの上皮細胞(極性細胞)に特に強く発現しているが、PAF-2ノックアウトマウスは通常の飼育条件下では顕著な表現型を示さなかった。そこで、LPSを用いて賢臓の上皮細胞にストレスを与えたところ、PAF-2ノックアウトマウスでは腎障害のパラメータ(BUN値)が有意に上昇し、腎障害が増悪化することがわかった。また、肝障害のパラメータ(GOT)も有意に上昇していた。現在、マウスにおける高度不飽和脂肪酸欠乏モデルも構築しており、LPSによる障害と上皮細胞、高度不飽和脂肪酸の関連について検討している。
タキソ-ルの合成研究

パクリタキセル(タキソ-ル)は極めて有望な抗癌剤として注目を集めている。医療現場からの需要が高いことから,パクリタキセルの全合成法の確立は重要な命題の一つである。また、パクリタキセルはかなり複雑な構造を持っていることから、より簡素化された構造類縁体でパクリタキセルと同様もしくはそれ以上の活性を有する化合物群の合成及び活性評価法の確立も将来的に重要性が高いと考えられる。この観点から、効率的で、且つフレキシブルなパクリタキセル全合成法の開発を目的として研究を開始した。まず、A環シントンとC環シントンをそれぞれ合成した後、両者を連結してB環前駆体を合成し、これを閉環することによってB環を構築するconvergentな合成法を設計し、その可否を検討した。先ず、ラセミ体のA環シントンを2,2-ジメチル-1,3-シクロヘキサンジオンから10工程で合成した。また、C環シントンをR-(-)-カルボンを出発原料として12工程で合成した。両シントンをパクリタキセルの10位と11位に相当する部分で連結した。B環の閉環方法としてパラジウムとジエチル亜鉛を用いて3位にアリルアニオンを調製し、2位のアルデヒドへ付加させる反応、またはオレフィンとアルデヒドとのエン反応を鍵反応として用いることをデザインし種々検討してきたが、これまでのところB環の閉環には成功していない。これは閉環の際に2位と3位が十分に接近出来ないためと考えられる。そこで、閉環に先立ってパクリタキセル9位の酸素官能基を導入し、9,10-ジオールとしてから環状アセタールに変換すれば、9,10位間、及び10,11位間での自由回転が抑えられ,2位と3位が接近した立体配座が安定化されて、B環閉環が容易になると予想した。そこで予め9位に酸素官能基を組み込んだC環シントンを合成した。現在は、この新規C環シントンを用いてB環の閉環を試みるとともに、キラルなA環シントンを得るべく、分割、不斉合成の両面から検討している。我々は、カルボンからC環のシントンとなるエキソメチレンラクトンを高立体選択的に合成する経路を確立した。まず、カルボンをメタノールを溶媒として、NaOH-H_2O_2(30%)でエポキシ化した。これをNaBH_4で還元し、α-アルコール体に変換した。これをMOMCIで保護した後、イソプロペニル基をOsO_4でジオール体に変え、続いて、NaIO_4で酸化開裂することによってアセチル基に変換これにジクロロメタン中m-CPBAを作用させ、Baeyer-Villiger反応を行なってアセタートに変えた。更に、K_2CO_3を塩基に用いてメタノール中でエステル変換を行ない、アルコールを得た後、ケイ素の保護を掛けた。エポキシ体をLDAで処理することにより、アリルアルコール体に変換した。このとき、開環反応は高位置選択的に進行し、3級アルコールのみが得られた。このアルコール体をJones酸化してエノン体に変換した。メチルリチウムにより、メチル基を導入する反応は高立体選択的に進行し、α-アルコール体のみが収率良く得られた。続いて、触媒量のNaH存在下、ビニルスルフォキシドを反応させて1,4-付加体を調製した後、デカリンを溶媒として加熱環流すると、クライゼン転位が起こり、アルデヒドが効率良く得られた。このアルデヒドをNaBH_4で還元した後、m-CPBAを作用させエポキシドに変換した。このとき、エポキシドは1級アルコールの関与により、β体のみが得られることが判った。これをLDAで開環してエキソオレフィンを有するアリルアルコールとした後、RuH_2(PPh_3)_4/炭酸アリルエチルで酸化して一挙にラクトン化できた。続いて、MoOPHで酸化しラクトンのα位への酸素官能基導入をおこない、エキソメチレンラクトンを効率良く調製することができた。

これは閉環の際に2位と3位が十分に接近出来ないためと考えられる。そこで、閉環に先立ってパクリタキセル9位の酸素官能基を導入し、9,10-ジオールとしてから環状アセタールに変換すれば、9,10位間、及び10,11位間での自由回転が抑えられ,2位と3位が接近した立体配座が安定化されて、B環閉環が容易になると予想した。そこで予め9位に酸素官能基を組み込んだC環シントンを合成した。現在は、この新規C環シントンを用いてB環の閉環を試みるとともに、キラルなA環シントンを得るべく、分割、不斉合成の両面から検討している。我々は、カルボンからC環のシントンとなるエステルを高立体選択的に合成する経路を確立した。まず、カルボンをメタノールを溶媒として、NaOH-H_2O_2(30%)でエポキシ化した。これをLiBH(sec-Bu)_3で還元し、β-アルコール体に変換した。これをMOMClで保護した後、イソプロペニル基をOsO_4でジオール体に変え、続いて、NaIO_4で酸化開裂することによってアセチル基に変換した。これにジクロロメタン中m-CPBAを作用させ、Baeyer-Villiger反応によりアセテートに変えた。更に、K_2CO_3を塩基に用いてメタノール中でエステル交換を行ない、アルコールを得た後、ケイ素の保護を掛けた。エポキシ体をLDAで処理することにより、アリルアルコール体に変換した。このとき、開環反応は高位置選択的に進行し、3級アルコールのみが得られた。このアルコール体をJones酸化してエノン体に変換した。続いて、MeLi/CeCl_3によりメチル基を導入したところ、α-アルコール体とβ-アルコール体が夫々84%及び5%の単離収率で得られた。α-アルコール体をNaH/cat.KH存在下、クロロメチルオキサゾリンを反応させてエーテル体を調製した。これを強塩基で処理すると[2,3]Wittig転位が進行し、アリルアルコール体が効率良く得られた。オキサゾリン骨格をMeI更にNaOHで処理してカルボン酸に変換した後、ジアゾメタンでメチルエステル体に変換した。パクリタキセル(タキソ-ル^イ)は極めて有望な抗癌剤として注目を集めている。医療現場からの需要が高いことから、パクリタキセルの全合成法の確立は重要な命題の一つである。また、パクリタキセルはかなり複雑な構造を持っていることから、より簡素化された構造類縁体でパクリタキセルと同等もしくはそれ以上の活性を有する化合物群の合成及び活性評価法の確立も将来的に重要性が高いと考えられる。この観点から、効率的で、且つフレシキブルなパクリタキセル全合成法の開発を目的として研究を開始した。まず、A環シントンとC環シントンをそれぞれ合成した後、両者を連結してB環前駆体を合成し、これを閉環することによってB環を構築するconvergentな合成法を設計し、その可否を検討した。先ず、ラセミ体のA環シントンを2,2-ジメチル-1,3-シクロヘキサンジオンから10工程で合成した。また、C環シントンをR-(-)-カルボンを出発原料として12工程で合成した。両シントンをパクリタキセルの10位と11位に相当する部分で連結した。B環の閉環方法として、パラジウムとジエチル亜鉛を用いて3位にアリルアニオンを調製し、2位のアルデヒドへ付加させる反応、またはオレフィンとアルデヒドとのエン反応を鍵反応として用いることをデザインし種々検討してきたが、これまでのところB環の閉環には成功していない。
酸化物人工格子による室温・超巨大磁気抵抗材料の創成

モット絶縁体を母体としたペロブスカイト型Mn酸化物は強い電子相関に由来する電荷ギャップをもち、キャリア数により絶縁体から金属への転移を起こす。また、この物質の金属転移は二重交換強磁性転移を伴うため、スピントロニクス材料としても有望であると考えられる。そこで、私は電界効果によりキャリア濃度を制御することで、強磁性-常磁性状態の制御を可能にした新規な強相関電子系スピントロニクスデバイスの創成が可能であると考え、研究を行ってきた。前年度までに、(La, Ba)MnO_3極薄膜(膜厚10nm以下)において、基板との歪効果により強磁性発現温度が室温以上になることを見出した。この結果を用いて、強誘電体の残留分極を利用した電界効果トランジスタにより、金属-絶縁体転移温度(T_P)と電気抵抗の可逆的な変化を室温で確認し、電気伝導性を系統的に評価してきた。特に二重交換相互作用に起因するT_Pの変化により強磁性転移温度(T_C)の変化を間接的に示してきたが、磁性変化の決定的な証拠ではなかった。そこで私は、磁気光学Kerr効果測定により、電界効果による磁性変化を直接評価することを試みた。レーザーアブレーション法によりSrTiO_3(001)単結晶基板上にSrRuO_3下部電極/PZTゲート絶縁膜(300nm)/LBMOチャネル(10nm)から成るヘテロ構造を作製した。Kerr効果測定に用いたFETの電気伝導特性は、PZT界面が正に分極している場合(+Pr)のT_P=308.7Kから負に分極している場合(-Pr)の310.2Kへと変化した。このT_P付近で、強誘電体の残留分極方位の違いによるKerr楕円率が変化することを確認した。これは、電界効果によって、磁化が変調されたことを示す。このように、私は、室温において、電界効果による磁化の変調に成功した。近年、電子の持つ"電荷の自由度"と"スピンの自由度"を同時に制御しようとした新機能スピンエレクトロニクス材料・デバイスの創成が盛んに試みられている。ペロブスカイト型Mn酸化物は伝導キャリアと局在スピンがフント則を介して密接に相関したキャリアによって引き起こされた強磁性体である。さらにスピン分極率が100%に近いことからスピンエレクトロニクスデバイスの物質として最有力候補であると考えられる。また、デバイス応用の観点からすると室温での動作は重要である。そこで、私は、"室温"をキーワードとして強相関電子系である強磁性酸化物(La, Ba)MnO_3をチャネル層に絶縁性強誘電体Pb(Zr, Ti)O_3をゲート絶縁層として用い、電界効果により強磁性を発現するデバイスの作製を試みてきた。界面効果を最大限利用するためには、チャネル層を極薄膜にする必要がある。しかしながら、通常の希薄磁性半導体及び、他のMn酸化物では、極薄膜化により、その磁化が完全に消失、あるいは磁気特性の急激な劣化が生じるが、(La, Ba)MnO_3は極薄膜化により強磁性状態が消失することなく、室温付近での強磁性状態が保たれることを確認した(5nmの薄膜で強磁性転移温度290K)。このような(La, Ba)MnO_3チャネル層を用いることにより、現在、動作温度7°Cでの金属-絶縁体転移温度の制御に成功している。この材料の金属-絶縁体転移は必ず強磁性転移を伴うことが周知であり、このことから間接的な証拠ではあるが0°C以上での電界誘起強磁性の発現を達成している。また、このデバイスを用いて、電界効果による強磁性発現を直接に観測するための予備実験として、室温付近(299K)にT_cを持つ(La, Ba)MnO_3薄膜の磁気ドメイン発達の様子を数十ナノメートルスケールで非接触型磁気力顕微鏡によって観測した。305Kから295Kの間で急速に磁気ドメインが発達する様子を画像化することに成功した。