hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規な金属原子単層担持グラファイト性多孔質ナノカーボンの創成

多層グラフェン壁を有するGraphene-multiwalled Alveolate Carbon(GAC)の合成に成功した。これは、Mesoporous Carbon Nano-Dendrite(MCND)が主として単層グラフェンで出来ているのに対して、中央の電気伝導層と両サイドの金属との接触層とに分離される3層以上のグラフェン壁から出来ており、化学的な安定性が高くなっている。更に、MCNDのポアの内壁へ白金層の担持に成功し、現在市販されている最高性能品に比べて、活性白金触媒表面積、電気化学的活性度、発電電位、空気中での動作性能等が25%以上の高性能を示した。20年度は、外層が3層で内部がほぼ単層のグラフェン壁からなり、BET表面積が1600-1700m^2/gのメソ多孔性炭素ナノ樹状体(MCND)の合成に成功した。これを用いてスーパーキャパシタを作ったところ、20-40A/gの大電流を流し、1Vの充放電がそれぞれ1秒程度で終了する事が実証出来た。作り方によってメソ孔とマイクロ孔との比率を変える事ができた。この中に金属を単層で担持するために、シクロペンタジエニルチタン化合物を単分子層で吸着させた。この物質を還元し、中性チタン原子層として堆積させることを現在試行中である。一方、MCNDに1nm程度の白金ナノ結晶を担持した炭素触媒を調整し、同等のBET表面積を有する活性炭(YP17)と比較したところ、ほぼ倍の活性表面積を示した。また、塩化チタンを担持し、ヒドラジン水和物で還元を行った後、空気中で熱処理することによって、MCNDの表面から酸化チタン(アナターゼ)の12nm立方状結晶列を完全密着で成長させる事が出来た。この炭素材料の触媒活性度の評価は今後の課題であるが、膨大な表面積から高い活性度が期待される。当面の最も重要な応用は、リチウムイオン電池であるが、錫とその酸化物混合金属をMCNDと混ぜて作製した電極で、850mAh/gの高出力を得ており、最近成功した還元法による純錫内包体を用いることによって、1Ah/g超の出力も可能であろう。内包度の高いものを用いることによって高いサイクル特性が実現出来ている。次世代電池電極を目指した亜鉛、鉄などの金属結晶の担持にも成功しているが80%を越える高い充填度を実現する為の更なる研究が必要である。21年度に、多層グラフェン壁を有するGraphene-multiwalled Alveolate Carbonの合成に成功した。これは、MCNDが主として単層グラフェンで出来ているのに対して、中央の電気伝導層と両サイドの金属との接触層とに分離される3層以上のグラフェン壁から出来ており、化学的な安定性が高くなっている。合成の骨格は、炭素内に銅のナノ粒子を分離させ、熱や酸によって銅を外に出すことによって空洞を作ることにあるが、本年度は、この銅ナノ粒子を融点以上の高温加熱と硝酸溶解法によって除去し、空洞を作成した。この時の加熱操作によって、カーブした多層グラフェン壁のシート間の間隔がグラファイトに近くなり、燃焼温度も600°Cを越えるようになる。BET比表面積は300m^2/gであったが、ミクロポアは少なく、殆どが10-20nmのメソポアであり、窒素吸脱着曲線に典型的なヒステリシスが窒素の分圧0.5-0.85の範囲にほぼ350mg/gのプラトーとして観測され、比較的均一なメソポアの存在が明らかになった。このポアの中に、還元法により錫等の金属をナノ粒子として担持した。融解浸透法では、スポンジのように錫が吸い込まれてゆくが、直ぐにナノ粒子の合体が起こり、バルクと同じ性質を示してしまった。有機溶媒中で還元を行う液相還元法が最も理想的な錫担持状態を作り出し、高出力リチウムイオン電池負極として有望な材料を提供できることが明らかになった。更に、二酸化マンガン等の担持にも成功し、空気電池への応用にも展開している。21年度に、多層グラフェン壁を有するGraphene-multiwalled Alveolate Carbon (GAC)の合成に成功した。これは、Mesoporous Carbon Nano-Dendrite (MCND)が主として単層グラフェンで出来ているのに対して、中央の電気伝導層と両サイドの金属との接触層とに分離される3層以上のグラフェン壁から出来ており、化学的な安定性が高くなっている。22年度は、MCNDのポアの内壁へ白金層の担持に成功し、現在市販されているケッチェンブラックの高性能品に比べて、活性白金触媒表面積、電気化学的活性度、発電電位、空気中での動作性能等が特に高い相対湿度領域で25%以上の高性能を示した。特に、空気雰囲気では、2.0A/cm^2という高電流密度という高い限界密度を示し、自動車のような動力源への応用には最適な物質系を提供している。

一方、リチウムイオン2次電池負極材料開発に於いては、GACのポア内にシリコン層を析出させる簡単な手法を開発し、容量的には20充放電サイクル以後は殆ど劣化無く1200mA/cm^3を保ったが、充放電効率は98%であった。実用化のためには、これを99.9%の限界まで近づける必要があり、シリコンの表面に劣化防止金属膜をコートすることによってこれを実現すべく改良中である。また、GAC製造過程にマイクロ波加熱法を導入する事によって、グラフェンシート間の理想的な密着を実現し、末端のカルボキシル基を二酸化炭素として追い出し、有機電解質溶液との親和性の向上を図っている。本研究は、23年度より企業の研究所に於いて実用化に向けた大量生産の検討に入る予定である。
ヴィテロジェニンと介したセンチニクバエ胚へのP-エレメントの導入

研究代表者はここ数年、センチニクバエの生体防御蛋白について研究を行って来た。その結果、こういった生体防御蛋白のあるものは、胚発生や成虫発生の段階で何らかの機能をになっていることが明らかになった。この種の蛋白の発生段階での機能の解明が急務であるが、センチニクバエは、ショウジョウバエと異なり、卵胎性の昆虫であるため、卵の中に遺伝子を導入する研究は不可能である。しかし、先に述べた、この種の蛋白の機能を解明するためには、卵への遺伝子の導入は有力な武器となる。そこで、本研究では、センチニクバエの卵へ、外来遺伝子を導入する手法を考案し、それを実証しようと試みた。ヴィテロジェニンはメスのハエの体液に存在する蛋白で、卵形成の際に、卵に取り込まれることが知られている。そこで、メスのハエの体液よりヴィテロジェニンを精製し、この蛋白とDNAを共有結合で結び、それをもう一度メスの体液にもどして飼育をつづけると、卵形成の過程で、DNAを結合したヴィテロジェニンが卵に取り込まれることが期待される。このようにして卵に外来のDNAを導入出来れば、そのDNAがクロモソームのDNAの中に取り入れられ、謂ゆるトランスジェニックな個体の作製が可能になると思われる。本年度は、先ず、センチニクバエのメスの体液からヴィテロジェニンの精製を試みた。生化学的手法を駆使することによりヴィテロジェニンを単一な蛋白として精製することが出来たので、この蛋白にポリリジンのリンカーを結合させ、このリンカーにDNAを結合させることを試みた。この作業はまだ完成の域に達してはないが、一応ヴィテロジェニンにDNAを共有結合させることが出来た。このようにして作製したヴィテロジェニン-DNAの複合体を、メスのハエに注射し、4日目に卵を採取して、あらかじめ標識しておいたDNAの放射活性が、かなりの割合で卵に蓄積することを確認した。
破骨細胞・骨芽細胞・骨細胞の連関による骨リモデリング解明

骨リモデリングは,破骨細胞による骨吸収と,骨芽細胞/骨細胞による骨形成からなる一連のプロセスである。本研究では、EphA2ノックアウトマウスとEphA2阻害剤などを利用し、ephrinA2がカップリングインヒビターとして働くこと、さらに骨の石灰化制御因子であることが明らかになってきた。またリモデリング異常により骨基質が増加するFra1トランスジェニックマウスでは、肺線維症を発症することを見出した。骨リモデリングは、破骨細胞(osteoclast)による骨吸収と、それに続く骨芽細胞(osteoblast)による骨形成からなる一連のプロセスである。本研究では、破骨細胞、骨芽細胞、さらに骨基質に埋まっている骨細胞(osteocyte)の細胞間コミュニケーションに焦点をあて、以下の二つの作業仮説に従い骨リモデリング機構を解明する。【作業仮説1】GPI-アンカー型の膜タンパクであるephrinA2と、その受容体であるEphA2あるいはEphA4の相互作用が骨リモデリング制御を担う。【作業仮説2】授乳期に母乳にカルシウムを動員するにあたり、骨表面の破骨細胞と骨細胞との相互作用が起き、骨細胞による骨融解がおこる。平成21年度には、ephrinA2とEphA2/4に関して、破骨細胞と骨芽細胞それぞれのin vitroの細胞培養系で解析を行った。遺伝子とタンパクの発現を解析した後、レトロウイルスによる遺伝子導入実験などにより、ephrinA2のシグナルが破骨細胞分化を促進すること、ephrinA2がsheddingを受けることなどを明らかにした。一方、EphA2欠損骨芽細胞の分化が亢進することから、EphA2のシグナルは骨芽細胞分化を抑制することが示唆された。これらのことからephrinA2/EphA2の相互作用は、骨リモデリングにおいて骨吸収促進、骨形成抑制に働くものと推測される。次に、高輝度放射光施設SPring-8(兵庫)でX線微分位相顕微鏡を用いた3次元再構築データを解析し、マウス授乳期の腓骨における骨小腔(骨細胞が入っている骨基質中の空洞)の体積を測定した。非授乳期のマウスに比べて特定の部位に骨小腔体積の増加が認められた。骨細胞性骨溶解を示唆する骨小腔体積の増加を世界で初めて3次元的に捉えた(米国骨代謝学会に抄録投稿中)。骨リモデリングは,破骨細胞による骨吸収と,それに続く骨芽細胞による骨形成からなる一連のプロセスである。本研究では、破骨細胞、骨芽細胞、さらに骨基質に埋まっている骨細胞の細胞間相互作用に係る分子群を対象に、以下の二つの作業仮説に従い骨リモデリング機構を解明した。【作業仮説1】膜タンパクであるephrinA2と、その受容体であるEphA2あるいはEphA4との相互作用が骨リモデリングを制御する。平成22年度には、EphA2ノックアウトマウスとEphA2阻害剤などを利用して、A型ephrinの生体内における機能を追求した。特にA型ephrin-Ephの遺伝子改変マウスから摘出した長管骨では、器官培養において、骨密度が3日以内に上昇することを見出し、EphA2阻害剤を器官培養系に加えたところ、骨密度の上昇が再現された。さらに、そのメカニズムを明らかにするために、阻害剤の有無で、骨芽細胞の分子生物学的、形態学的特徴を解析した(米国骨代謝学会2010で発表)。大理石骨マウスにおける耳小骨リモデリングについては論文発表を行った(Kanzaki et al.2011)。また骨硬化症を発症するFra1トランスジェニックマウスでは、間質性肺炎を発症することを見出した(Takada et al.2011)。さらに高輝度放射光施設SPring-8(兵庫)でX線微分位相顕微鏡を用いた3次元再構築データを解析し、マウス授乳期の腓骨における骨小腔(骨細胞が入っている骨基質中の空洞)の体積を測定した。非授乳期のマウスに比べて特定の部位に骨小腔体積の増加が認められた(米国骨代謝学会2010で発表)。本研究では、破骨細胞、骨芽細胞、さらに骨基質に埋まっている骨細胞の細胞間相互作用に係る分子群を対象に、以下の作業仮説に従い骨リモデリング機構を解明した。さらに、様々な条件下で、Fra-1,OPGなど、骨リモデリングに関わる分子の挙動を解析した。

平成23年度に追究した、EphA2ノックアウトマウスとEphA2阻害剤などを利用した、A型ephrinの生体内における機能について、追加実験を行った。特にA型ephrin-Ephの遺伝子改変マウスから摘出した長管骨の解析で、サンプル数を統計解析に十分な数まで増やしてマイクロCTと骨形態計測を行い、再現性を確認できた。さらに、EphA2の低分子インヒビターに加えて、ペプチドインヒビターを用いた実験を行い、骨器官培養における知見の再現性を確認した(米国骨代謝学会招待講演。論文再投稿準備中)。また骨硬化症を発症するFralトランスジェニックマウスでは、間質性肺炎を発症することから、イレッサの副作用の作用機序を解明した(論文投稿中)。さらに高輝度放射光施設SPring-8(兵庫)でX線微分位相顕微鏡を用いた3次元再構築データを引き続き解析し、学会発表を行った(論文準備中)。
沿岸域環境のモニタリング手法に関する研究

沿岸域における環境モニタリング手法をあたらに開発する目的で行われた本研究では、画像計測を使った広域計測、海水の栄養塩を連続分析・解析する手法の開発、およびそれらによる計測値と数理モデルとの同化手法の基礎的な研究の3つのテーマが設定され、それぞれに以下のような成果が得られた。1.画像データを使ったクロロフイル分布の計測と、流場の速度分布計測については、従来からリーモトセンシング分野で提案されている2つの周波数における分光画像を使う、いわゆるオーシャン・カラーアルゴリズムは、クロロフイル濃度が高く、浮遊粒子の影響が少ない場合には良い結果となる。しかしながら、沿岸域では浮遊する懸濁物質の影響が強く、海域によってはクロロフイル濃度が低い場合もあり、本研究では新しいアルゴリズムの開発を試み、今後の研究に対する指針が得られた。2.クロロフイル分布画像を用いた流速分布の計測に、PIV手法を適用するためには、カメラ画像を地図座標に変換して、濃度相関法を用いることが有効であることを示し、それによって得られた由良における潮流は、計測値や計算結果とよく合うことを確認した。3.海水の栄養塩計測のために、フローインジェクション手法を実用化する方法について研究し、亜硝酸計測については、かなりの精度で計測できるシステムを構築・製作した。すなわち、ポンプ系、試薬の混合手法、吸光度計測のための小型セルなどを設計・製作して、開発したシステムの有効性を示した。さらに、硝酸を計測するために、亜鉛を用いた還元法を使う手法を検討した。4.発光試薬を使わない紫外線による吸光度計測法については、可決すべき問題点を明らかにできた。5.計測データを数理モデルと同化する手法については、その基礎的な研究を行い、今後の発展が期待できることを確認した。データ同化手法は高度モニタリングのために進展させる必要がある。本年度の研究においては、まず第一に、沿岸域におけるクロロフイル分布を画像計測するために、従来から電磁波の反射に関する周波数特性の違いを利用するリモートセンシング手法を検討し、同様の手法を沿岸域の環境計測で使うために、光学フイルターを使ったデジタルカメラで分光画像を解析する手法を開発した。ここでは、青と緑のフィルタを使って、バンドパスした画像データの比がクロロフイル濃度に強い相関を持っていることを確認し、淡路島・由良湾における計測値からこの相関関係を求め、湾の端部にある丘から撮影した写真を使って計測を実施した。その結果、ある程度以上のクロロフイル濃度があれば、採水・分析による結果とよく合うことが確認され、広域画像計測が有効である事を明らかにした。次に、この結果を使って、湾内の流速分布を計測するために、いわゆるPIVを湾内の流速分布に適用して流速分布を求め、他の計測器による結果や、CFDによる計算結果と比較し、その有効性を検討した。さらに、モニタリングを、計測データの同化によって行う手法を開発するために、水質の時系列データを得る目的で、栄養塩の連続計測手法の開発を行った。その結果、フローインジェクションが適当であるとの結論を得た。次年度以後の課題は、計測データと計算値のとの同化手法とそれを使ったモニタリングの確立である。昨年度までの研究から、クロロフィルを画像計測することによって流況を把握できるシステムがかなり有効であることを明らかにできたが、一方でこの手法には、クロロフィル濃度の低い場合に、大きな問題があることも明らかになった。本年度の研究では、これらの点を改善するために、マルチスペクトル画像を利用して、クロロフィル濃度を精度よく計測できる手法を検討した。可視光域における波長を選択的に複数のバンドで海面を撮影すれば、海面放射輝度のスペクトル分布を得ることができるが、この分布をからクロロフィルによる光の吸収度を求めて、その濃度を精度よく推定するものである。

また、海水に含まれる栄養塩を連続分析する手法については、昨年度はフローインジェクションを使った解析法を開発したが、それを発展的に援用すると、紫外線域の吸光度を計測することによって、特別な試薬を必要としない計測も可能となることを明らかにして、これを実用化するための基礎研究を行った。すなわち、海水に多量に含まれる塩素や、臭素の処理を、銀カラムを透過させることによって行う特殊なカラムを作成し、これを利用した紫外線域の吸光度を計測する方法で、実用化するためには、まだ問題はあるものの、かなり有効な方法と思われ、今後の研究に期待できる。さらに、このような計測データと数値モデルによる結果との統合化については、本研究の最終目標であるが、これについては、太平洋における計測データを使って基礎的な検討が進められると共に、沿岸域の生態系シミュレーションについても進展し、モニタリングシステムのそれぞれのパーツに関する研究が出揃った。次年度は、これを統合化すると共に、それぞれの手法についての実用化に関する検討が課題である。クロロフイル分布の画像計測と、それを用いた流況計測については、数種類の光学フィルターを使えば、クロロフイル濃度の低い場合でもかなりの精度で計測できるが、これについては昨年度までの研究で明らかになった。今年度は、市販されている安価なデジタルカメラを使うためには、カメラの光学特性をあらかじめ検定するする必要があることを明らかにして、その検定方法を提案した。また、一般に光学フイルターは2次透過帯を持っており、これが大きな影響を与えることを明らかにして、その解決方法を調べた。また、海水に含まれる栄養塩を連続計測するために、前年度までに開発してきた、フローインジェクションを用いた亜硝酸計測については、ほぼ実用化できることが判明したので、今年度は硝酸の計測手法を開発した。分析化学では一般的に行われる還元を用いる手法を調べた結果、亜鉛による手法が最も安定していることが明らかになり、ことではフローインジェクション法に用いるための新しい手法を開発し、その有効性を示した。さらに、モニタリングに数連モデルを使うための基礎となる、いわゆるデータ同化手法については、拡散方程式や、生態系モデルを使った数理モデルに関する基礎的な研究を進めてきたが、数値解法上の問題点が明らかになったので、今年度はその解決手法を示した。研究年度内に、フローインジェクション法の開発を行うことができ、モニタリングのための数理モデル利用法に関しても、基礎的な研究が進み、ほぼ当初の目的は達せられたと考えているが、これを用いたフールド計測は十分に行うことが出来なかった。今後の課題としたい。
先導的精密合成化学の総合的研究

本研究は昭和57年度において発足した特定研究「先導的精密合成化学の研究」総括班の第4年次活動に関するものである。昭和59年度まで、満3か年にわたったこの特定研究の成果をとりまとめ、単行本の形でこれを残すことにより、今後広く国民一般が成果を有効に利用しようとする場合の便宜を計ることを主たる目的とする。昭和60年7月10日,11日の両日、京都市左京区京大会館において特定研究としては第7回目のシンポジウムを開催した。約200名収容の会場は常に超満員の盛況で、300部用意した要旨集(研究報告書10)は忽ちになくなるありさまであった。この特定研究に一般の関心がいかに高まったかをうかがうことができて、世話人としては大変ありがたく感じた。なお、来日中の岸義人ハーバード大学教授、G.H.Posnerジョーンズ・ホプキンス大学教授、M.F.Semmelhackプリンストン大学教授にも賛助講演をお願いした。本特定研究班員の発表がこれら、世界をリードする米国化学者の研究と比較して、優るとも劣らぬレベルのものであった事実が特に強く印象に残っている。この研究の経緯を振り返るのに、ちょうど日本のこの方面の化学者が十二分の実力を蓄えて、まさに世界の舞台に躍りでようとするタイミングをうまく捉えて、本特定研究が発足し、そのポテンシャルをいやがうえにも、高めたものと感じる。この成果は今後の斯学の発展に大きく反映されて、永く人々の記憶に残ることであろう。
魚類生殖腺性分化における組織構築と性的可塑性の関連

性統御技術の高度化に資するべく、「雌雄生殖腺の組織構築過程と性的可塑性の関連性」に着目し、養殖事業において全雌化が重要となるニシキゴイならびにサケ科魚を用いて、全雌生産の鍵となる偽雄(遺伝的雌の性転換)について形態・分子生物学的解析を行った。サケ科魚では、偽雄生産で問題となる輸精管形成不全の鍵となる輸精管形成の初期段階(上皮性細胞の集塊形成)を捉えることができ、この細胞に特異的に発現する分子の特定を進めている。一方、ニシキゴイについては、雄化処理直後と比較して親魚育成飼育後の段階で雄化率の低下が観察され、機能的雄化に到達し得ない不完全な雄化が起こっている可能性が示唆された。ニシキゴイの体成長に伴う生殖腺各部の形態的雌雄差発現について経時的な追跡を行った。その結果、体サイズと生殖腺各部の形態形成との関連性が明らかとなった。以下にその要点を記す。1)全長4から5cmにかけての時期に雌生殖腺の頭部側から卵巣腔形成が開始される。2)次に全長5から6cmにかけての時期に雌特異的な生殖細胞の増殖が開始される。3)全長9から10cmにかけての時期に卵形成が開始され、初期周辺仁期卵母細胞が出現する。4)一方、雄では全長5から6cmにかけての時期に生殖腺基部に輸精管の形成が開始される。5)次に全長6cmから7cmにかけての時期に精巣内に精小嚢が形成される。6)全長8から9cmにかけての時期に精子形成開始に伴う生殖細胞の増殖が開始される。上記の解析に併せて、異なる体サイズからの性転換処理実験を行った。遺伝的雌(XX)に対する雄化試験では、6cm辺りから精巣化効率が上昇し、それ以前では比較的高率で不妊化することが明らかとなった。これに対して遺伝的雄(XY)に対する雌化試験では全長5cm以前の時期に処理を開始することで高い卵巣化効率を得ることができた。雄化試験では高率で精巣化が確認できたにも関わらず、精液搾出可能個体の割合が少なかったため、今後継続飼育により経過を観察しつつ組織学的解析によりその原因を明らかにしたいと考える。アメマスについても輸精管形成過程に注目して雌雄生殖腺の形態形成過程を追跡した。その結果、孵化後80日では生殖腺に形態的雌雄差が見られなかったのに対して、孵化後140日では遺伝的雄(XY)でのみ生殖腺門部に輸精管の起源と思われる内腔が出現した。一方、遺伝的雌(XX)の雄化試験では、生殖腺本体の精巣化は誘導できなかったが、生殖器系尾部側では不完全ながら雄化の兆候と思しき形態的所見が確認された。本研究は新潟県内水面水産試験場における普及化実証試験との共同で実施している。ニシキゴイを用いた研究では、初年度調査の一部として先に雄化処理を行った遺伝的全雌(XX)群を使用する予定であった。供試魚についてはあらかじめ幼魚(生後1年、未成熟)段階で行ったサンプリング調査では最大60%の精巣化を確認していた。しかし、本年度に行った精液搾出試験では採精可能個体の割合が低く、これらについては当該実証試験の最終段階であるF2魚全雌化確認試験のための親魚として確保することを優先せざるを得なかった。このような事態により、本研究のために使用できる個体数が当初見込みよりも大幅に減少してしまった。さらに調査した採精不能個体のほとんどは不妊化個体(精巣化そのものが不調に終わった個体)と未熟魚であり、精巣成熟をともなった採精不能個体は得られなかった。一方、帝京科学大における飼育実験については、研究開始後に研究代表者の岩手大学への転出が決まったため、一旦は断念せざるを得ない状況となってしまったが、帝京科学大学との協議の結果、規模を縮小して継続することが認められたため、次年度に向けて改めて計画を一部変更して飼育実験を実施することとなった。本研究では遺伝的雌(XX)の精巣化処理において輸精管形成不全を多発することが知られているサケマス類についても研究対象とすることとした。新潟県内水面水産試験場にて美雪マス生産用親魚として雄化処理を行ったアメマス遺伝的全雌(XX)群を使用した。しかし、使用した処理群の生殖腺組織を経時的に観察したところ、観察したすべての個体で卵形成が確認され、精巣化処理そのものが不調であったことが判明したため、当初予定の解析に供することができなかった。ニシキゴイの体成長と生殖腺各部の形態形成との関連性について、これまでに同腹の遺伝的全雌(XX)集団、遺伝的全雌(XY)集団を用いて異なる成長速度に誘導された実験区に対して、複数の開始時期ならびに処理期間にて雄化処理、雌化処理を実施し、性転換誘導の成否と処理開始時の体長との間に関連性があることを確認した。今年度は雄化試験魚を中心として処理終了後における性転換処理魚の生殖腺について継続観察を行った。その結果、精巣化が誘導された実験区では処理終了12ヶ月後もほぼ同率で精巣組織は維持されており、遺伝的性(卵巣)への復帰を思わせる所見は見られなかった。一方、処理終了時に高率で精巣化が確認されたにもかかわらず、精液搾出率については時間経過による改善は確認できず、性転換魚における輸精管機能に何らかの構造的または機能的不全が生じている可能性が示唆された。

そのため、精巣化が確認された個体について生殖腺尾部側(総排泄口直前)における生殖輸管の形成状況について組織学的観察を行ったが、現在までの所、通常雄(XY)精液搾出魚との比較において明確な形態差は確認できておらず、機能的な不全の可能性が高まった。アメマスについては前年度に行った雄化処理試験では精巣化が確認できなかったが、孵化後12ヶ月において不完全ながら雄化傾向(卵巣分化の阻害)が見られた個体について生殖腺全体の観察を行った。その結果、生殖腺本体(頭部側)で部分的に精子形成が確認され、その基部には輸精管が形成され、尾部側でも輸精管の原基と思しき上皮細胞の集塊が観察された。一方、中間部では輸精管形成は確認されず、頭部寄りの部位では卵母細胞が観察された。さらに生殖腺全体で雌(卵巣)に特徴的な繊毛上皮が確認された。以上の結果より、輸精管形成は生殖腺の両端から中央部に向かって進行することが示唆された。研究代表者の異動にともない、ニシキゴイについては当初の飼育試験の研究計画を縮小再編せざるを得なくなってしまった。対応策として新潟県内水面水産試験場において雄化試験を実施していただけることとなったが、当該実験区については次年度に初回成熟を迎えるため、今年度は組織学的解析をするには至らなかった。また、追加対応としてアメマスを研究対象として飼育実験を開始したが、研究計画初年度に実施した雄化処理では十番な精巣化を誘導できなかったため、輸精管形成不全について詳細な調査を行うには至らなかった。そこで今年度(昨年秋)に得られた稚魚を用いて、新潟県内水面水産試験場ならびに岩手大学三陸水産研究センターにて処理条件を拡充して新たに雄化処理実験を開始したが、こちらも次年度までの育成が必要であるため、組織学的解析を実施するには至っていない。以上の理由により、今年度は昨年度までの飼育実験試料の再解析を中心に行わざるを得なかった。そのため今年度予定していた研究計画の一部を実施できず、研究費の一部を次年度に繰り越すこととした。ニシキゴイについては、前年度までの雄化処理試験によって精液搾出を確認できなかった個体について、新潟県内水面水産試験場において1年間の継続飼育試験の後、再度、精液搾出確認、生殖腺形態観察を実施した。その結果、試験個体の約1割程度で精液搾出が確認されたが、半数以上が不妊化個体(雄性化処理の不調)であり、前年度の組織学的観察で得られた精巣化率との間で齟齬が生じた。この原因については現在の所不明であるが、前年度の組織学的観察において精巣化が確認された個体のうち、精巣組織の発達が全般的に悪かったことと関連している可能性があり、今後、この点を検証すべく研究を進める予定である。一方、処理開始時に供試同腹稚魚を体長で大中小3群に分けて行った雄性化試験では、処理開始時の体長が大きいほど雄性化率が低下する傾向がみられ、本技術の有効性について確認することが出来た。以上の結果については、現在論文投稿準備中である。アメマスについては、新潟県内水面水産試験場における前年度の雄化試験不調を踏まえて、岩手大学三陸水産研究センターにて改めて雄化処理試験を実施した。本試験では雄化処理方法をそれまでの断続浸漬から、連続浸漬へと変更し、3種の薬剤で複数の濃度区を設定した。その結果、いくつかの実験区で精巣化を示す組織学的所見を得ることができ、それらの個体では生殖腺後部に輸精管の原基と思しき上皮性細胞の集塊が見いだされた。現在、本飼育試験を継続中であり、成熟に向けて輸精管形成過程を追跡するとともに輸精管形成細胞の起源を探るべく、特異マーカーの探索を継続する。
高活性かつ高安定性を有するアシンメトリー金属クラスター触媒の創成

金属クラスターコアの歪みにより生じる光学異性体では顕著な不斉触媒能を期待できる。さらに異原子ドーピングを行えば,そうした機能の変調を誘起できることに加えて,そのドープ位置に基づく光学異性体を発生させることも可能である。本研究では,それらの要因により生じる光学活性体クラスターの単離とその不斉触媒能及び構造ー物性相関の解明に取り組む。こうした研究と並行して,光学活性体クラスターからなるMOFの合成とその不斉触媒能及び構造ー物性相関の解明にも取り組む。
室町中期〜後期における宮殿系厨子の建築様式に関する研究

室町時代中期後期の宮殿系厨子を中心に、年代が明らかな遺例および年代は明らかでないが様式上重要な遺例のうち、実測図面や既存資料の少ないものについて、実際に現地に赴いて実測調査をおこなった。調査棟数は41件におよび、その調査資料を基に20件について実測図(平面・正面・側面・組物詳細、一部は断面図も)を作成した。また、今回の調査資料に、従来の蓄積資料や保存図・報告書等既存料を加えて、116件分の略平面図を統一縮尺で作成した。これによって、(1)室町時代に関して宮殿系厨子の建築様式が検討可能となるとともに、(2)中世全体に渡る宮殿系厨子の平面規模概要が通覧できようになった。なお、実測図を作成した宮殿系厨子は以下の通りである。赤神神社五社堂内厨子(秋田)、大法寺観音堂内厨子(長野)、本山寺本堂内厨子(岡山)、浄土寺旧食堂内厨子(広島)、西明寺本堂内厨子(栃木)、福成寺本堂内厨子(広島)、鶴林寺本堂内宮殿(兵庫)、為生寺厨子(福井)、興玉神社内神殿(宮崎)、医王寺本堂内厨子(愛媛吉田町)、円福寺観音堂内厨子(愛知)、財賀寺本堂内宮殿(愛知)、旧西光寺厨子(熊本多良木町)、日竜峰寺本堂内宮殿(岐阜)、医王寺本堂内厨子(川内町)、小峰寺厨子(福島)、薬師堂宮殿(山形矢島町)、宝珠院観音堂内厨子(千葉)、中山寺本堂内宮殿(福井)、雲門寺厨子(愛媛)室町時代中期後期の宮殿系厨子を中心に、年代が明らかな遺例および年代は明らかでないが様式上重要な遺例のうち、実測図面や既存資料の少ないものについて、実際に現地に赴いて実測調査をおこなった。赤神神社五社堂内厨子(秋田)、大法寺観音堂内厨子(長野)、本山寺本堂内厨子(岡山)、浄土寺旧食堂内厨子(広島)、西明寺本堂内厨子(栃木)、福成寺本堂内厨子(広島)、鶴林寺本堂内宮殿(兵庫)、為生寺厨子(福井)、興玉神社内神殿(宮崎)、医王寺本堂内厨子(愛媛吉田町)、円福寺観音堂内厨子(愛知)、財賀寺本堂内宮殿(愛知)、旧西光寺厨子(熊本多良木町)、日竜峰寺本堂内宮殿(岐阜)、医王寺本堂内厨子(川内町)、小峰寺厨子(福島)、薬師堂宮殿(山形矢島町)、宝珠院観音堂内厨子(千葉)、中山寺本堂内宮殿(福井)、雲門寺厨子(愛媛)1,実測調査当初予定の6件のうち次の4件について実測調査を実施した。医王寺本堂内厨子(愛媛応永22年頃)、大法寺観音堂内厨子(長野室町前記中期)、本山寺本堂内厨子(岡山室町前期中期)、西明寺本堂内厨子(栃木室町前期ころ)。このうち実測図が完成したものは本山寺本堂内厨子と西明寺本堂内厨子で、他は作成中である。また、当初予定外の浄土寺旧食堂内厨子(広島永和4年1378)、医王寺本堂内厨子(愛媛、天文3年、1534)について実測調査を行い、浄土寺旧食堂内厨子について実測図を作成した。2,実測図面作成対象外の調査当初予定の9件のうち調査を実施したのは善水寺本堂内厨子(滋賀)、羽賀寺本堂内厨子(福井、文安4年、1447)の2件である。このほか下記の7棟について現地調査を実施した。本山寺本堂内厨子(香川正安2年1300)、観音寺金堂内厨子(香川)、金剛輪寺本堂内厨子(滋賀)、赤神神社五社堂内厨子(秋田)、勝常寺薬師堂内厨子(福島)、竹林寺本堂内厨子(広島)、福成寺本堂内厨子(広島)。上記の調査内容は、平面や軒まわりの部分的な実測、本堂・仏壇との取り付き部の確認、絵様等装飾部の記録、写真撮影である。3,調査の成果調査対象の時代範囲を鎌倉初期および室町前期まで拡げて軒まわりの技法的調査を行い、六枝掛成立時期に関する知見を得た。また、瀬戸内地方を中心に主要な妻入り宮殿系厨子を調査したことにより、福成寺本堂内厨子の位置付けを行うことができた。さらに、修理工事実施中の赤神神社五社堂において厨子を詳細に観察することができ、従来後補と考えていた軒支輪が当初の仕事であることを確認し、厨子側面幅と切目長押下を相当短縮されていることを確認した。

1,実測調査実測図作成予定7件のうち、鶴林寺本堂内宮殿(兵庫、応永4年1397)、興玉神社内神殿(宮崎、応永6年1399)、中山寺本堂内宮殿(福井、永禄6年、1563)、雲門寺厨子(愛媛、元亀2年、1570)の4件で、このうち鶴林寺宮殿と興玉神社内神殿は実測図完成。中山寺本堂内厨子と、雲門寺厨子は実測図作成中。薬王院本堂内宮殿(茨城、天文20年、1551)は拝観できたが実測調査の許可が下りず実測図作成は困難と思われる。中山神社本殿内中央宮殿および脇宮殿(岡山、永禄2年ころ)は今年度は着手せず。実測調査予定外では、為生寺観音堂内厨子(福井、応永5年墨書銘、1398)、宝珠院観音堂内厨子(千葉、永禄6年、1563)の実測調査を行い実測図作成中。2,実測図面作成対象外の調査実測図作成外の調査予定8件のうち、予定通り調査を行ったのは長谷寺厨子(鳥取)、妙源寺柳堂厨子(愛知)、大善寺本堂内厨子(山梨、文明5年、1473)、餘慶寺本堂内厨子(岡山、永禄13年頃)の4件である。調査予定外のうち蓮花寺本堂内厨子(愛媛)は、実測図作成可能な精度の調査を行なった。また、長谷寺厨子・大善寺厨子・余慶寺厨子についても実測図作成可能な精度の調査を行った。3,調査の成果我が国の宮殿系厨子のうち最大かつ最高傑作と目される鶴林寺宮殿の実測図を完成させたことが第1に重要。次いで、興玉神社内神殿の改造状況を明らかにし、斗供構成が禅宗様摂取過程の特徴のひとつである可能性を示した。また、従来その形式の詳細が不明であった雲門寺厨子が宮殿系厨子と天蓋・帳房折衷厨子との中間的な存在であることを確認できた。さらに応永5年の墨書銘を持つ為生寺厨子が本格的な宮殿系厨子(軒切断・屋根欠失)であること、中山寺本堂内厨子の近世に於ける改造状況が確認できたこと等が主要な成果といえる。なお、実測図作成対象外の調査件数は予定数8件を下回った(5件)が、調査精度は予定よりも高くできたので、将来的に実測図作成件数が上乗せできると期待される。室町時代後期の宮殿系厨子を中心に、年代が明らかな5件と、年代は明らかでないが様式上重要な9件について前年度と同様に実地調査を行った。このうち7件は図面作成のための詳細な実測調査と復原考察のための調査、仏壇や本建築との納まりの関係調査などを行い、残7件は報告書等の既存資料を基に復原考察や細部の様式比較ができる調査、仏壇や本建築との納まりの関係調査などを実施した。図面は7件分の基本図面(平面・断面・正面・側面)のみならず、図面作成対象外の7件についても基礎資料として全遺例に関する統一縮尺の略平面図も作成した(1/50標準)。図面はいずれもCADで作成しインクジェットプロッターで出力した。調査対象:下記の14件実測図面を作成したもの7件大法寺観音堂内厨子(長野、室町前期、中期か平成11年度に実測・製図を行ったが観音堂修理に伴いより詳細な調査が可能となったので再調査し図面を描き直した)、財賀寺本堂内厨子(愛知、文明15年、1483)、円福寺観音堂内厨子(愛知室町後期兵庫浄土寺薬師堂内厨子の予定を当厨子に変更した)、日竜峰寺本堂内厨子(岐阜、天文3年、1534)、小峰寺厨子(福島、永禄2年、1559)、薬師堂宮殿(秋田、永禄4年、1561)、旧西光寺厨子(熊本、明応9年、1501)実測図面作成対象外7件八日薬師堂内厨子(熊本室町後期)、長雲寺薬師堂厨子(熊本室町後期)、、栄福寺薬師堂厨子(千葉、文明4年頃)、明王寺釈迦堂内厨子(香川、天文2年頃)、薬師堂内宮殿(群馬、天文6年、1537)、西願寺阿弥陀堂内厨子(千葉、明応4年ころ申請書で宝珠院としたのは西願寺の誤記)、観音寺観音堂内厨子(東京、室町後期山梨観音堂の予定を変更)なお、3カ年度の調査実績に基づいて、室町中期後期の宮殿系厨子の建築様式に関する様式比較表・実測図面・資料・研究論文等をとりまとめた研究成果報告書を現在編集中で年度内に刊行予定である。
ベクターの唾液による病原体の感染増強機構の解明

エクアドル・アンデス地域でリーシュマニア原虫を媒介するサシチョウバエLutzomyiaayacuchensisの唾液腺トランスクリプトーム解析を行い、主要構成成分を明らかにした。その中で、最大構成成分であるRGDペプチドの組換えタンパクを作製し機能を解析したところ、このペプチドは血小板凝集と血液凝固の2つの止血機構を阻害するユニークな生理活性物質であることが明らかとなった。また、サシチョウバエ唾液ヌクレオチダーゼがリーシュマニア感染に及ぼす影響を検討したところ、弱いながらも感染増強作用がみとめられ、これらがサシチョウバエ唾液による原虫感染増強に関与している可能性が示唆された。吸血性の病原体媒介節足動物(ベクター)が吸血時に注入する唾液には、宿主の生体反応や生体防御機構を制御する作用があることや、媒介する病原体の感染を増強する作用があることが報告されている。本研究では、リーシュマニア原虫を媒介するサシチョウバエの唾液成分が、宿主の生理機能や免疫応答にどのような影響を及ぼすのか、また、それがリーシュマニア原虫の感染にどのように影響するのかについて解析を行い、ベクター媒介性感染症におけるベクター由来成分の役割について解明する。これまでの研究でサシチョウバエLutzomyia (Lu.)ayacuchensisの唾液遺伝子転写産物を解析し、最も多く含まれる分子として、2つのシステインに挟まれたインテグリン結合RGD(アルギニン-グリシン-アスパラギン酸)配列(CRGDC)をC末端に持つペプチドを同定した。本年度の研究では、大腸菌発現系を用いてLu. ayacuchensis唾液RGDペプチドの組換えタンパクを作製し、機能解析を行った。血小板凝集に及ぼす影響を検討したところ、このRGDペプチドはADPやコラーゲン誘発性の血小板凝集を濃度依存的に阻害したが、C末端のRGD配列を除くことによりその活性は消失した。また、RGD配列の両側に存在するシステインをセリンに置換することでも活性は消失した。このことから、RGDペプチドの血小板凝集阻害にはC末端のRGD配列およびその両側のシステインが不可欠であることが明らかになった。またRGDペプチドは、インテグリンαIIbβ3のフィブリノーゲンへの結合をRGD配列依存的に阻害したことから、このタンパクはRGD配列を介して血小板膜上のインテグリンαIIbβ3とフィブリノーゲンの結合を妨げることにより、血小板の一次凝集を阻害すると考えられた。吸血性節足動物の唾液には、宿主の生体反応や生体防御機構を制御する作用があることや、媒介する病原体の感染を増強する作用があることが報告されている。本研究では、リーシュマニア原虫を媒介するサシチョウバエの唾液成分が、宿主の生理機能や免疫応答、およびリーシュマニア感染にどのように影響するのかについて解析を行い、ベクター媒介性感染症における唾液の役割について解明する。こ本年度の研究では、Lutzomyia (Lu.) ayacuchensisの唾液腺RGDペプチドの血液凝固に対する影響について解析を行った。健常人血漿を用いて血液凝固活性に及ぼす影響を検討したところ、RGDペプチドは活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)を延長させ、このペプチドが内因系血液凝固活性を阻害することが示唆された。次に、RGDペプチドが凝固カスケードのどの段階に作用するか検討したところ、濃度依存的にXIIa、IXaおよびXa因子の活性を阻害し、XIIa因子に対して最も強い阻害活性を示した。この結果は、このペプチドが内因系凝固カスケードの初期の段階であるXII因子の作用を標的とする物質であることが示唆するものである。さらに組換えFXIIを用いた実験から、RGDペプチドはFXIIaの酵素活性ではなく、FXIIからFXIIaへの活性化段階を阻害することが分かった。また、これまでの研究で同定してきたサシチョウバエ唾液中の2種類のヌクレアーゼ、PduApyおよびPduADAが、リーシュマニア原虫感染に及ぼす影響を検討した。組換えタンパクを作製して、これら唾液タンパク存在下でリーシュマニア原虫をマウスに感染させたところ、対照群に比較して若干の病変部形成増強作用がみとめられたが、その差は有意ではなかった。従って、サシチョウバエ唾液ヌクレアーゼには、原虫感染増強作用がある可能性が示唆されたが、それら単独では強力な感染増強物質にはならないと考えられた。

1)サシチョウバエ唾液成分のプロファイル解析南米アンデス地域でリーシュマニア原虫を媒介するサシチョウバエLutzomyia (Lu.)ayacuchensisの唾液腺からmRNAを抽出し、cDNA libraryの作製に成功した。そこから無作為に約1,000クローンの塩基配列を決定し、バイオインフォマティックス解析を行い、唾液腺転写産物のプロファイルを明らかにすることができた。2)サシチョウバエ唾液成分の生理活性の解析Lu. ayacuchensisの唾液に最も多く含まれるC末端にRGD配列を持つペプチド(RGD peptide)の組換えタンパクを作製し、その生理活性を検討した。その結果、このタンパクが、濃度依存的にコラーゲンおよびアデノシン二リン酸(ADP)誘発性の血小板凝集を阻害することを明らかにし、その阻害活性に必須な構造が存在することを明らかにした。また、これまでの研究で解析を行ってきたアフリカのサシチョウバエPhlebotomus (P.)dubpscqiの唾液中のnucleotidaseであるapyraseやadenosine deaminaseの組換えタンパクを作製することができた。サシチョウバエの唾液成分は、そのユニークな生理活性に加え、リーシュマニア原虫の感染増強作用があることやリーシュマニア原虫に対する感染防御ワクチンになる可能性が報告され、近年注目を浴びている。サシチョウバエは800種以上存在するが、コロニー飼育が難しいことや微小なサシチョウバエの唾液の採材や解析が非常に困難なことなどから、これまで旧大陸で5種、新大陸では1種のみ解析が行われている。これまでの研究では、南米アンデスのリーシュマニア症流行地域でサシチョウバエLu. ayacuchensisを採取し、現地で解剖して唾液腺を採材し、cDNAライブラリーの作製および遺伝子転写産物の網羅的解析に成功した。本年度はこれまで得られた成果をもとに、唾液腺物質の生理活性について詳細な機能解析を行い、そのユニークな特性を明らかにすることができた。このタンパクは他に類を見ないユニークなタンパクで、今後の検査・研究試薬、天然新薬開発への応用が期待される。今後はさらに他の唾液タンパクの生理活性を明らかにするとともに、唾液タンパクが宿主免疫やリーシュマニア感染に及ぼす影響などについても解析していきたいと考えている。本研究では、南米アンデスのリーシュマニア症流行地域でサシチョウバエLu. ayacuchensisを採取し、現地で解剖して唾液腺を採材し、cDNAライブラリーの作製に成功した。
非対角有効場を用いた第一原理非局所電子相関理論の構築と準二次元鉄系化合物への応用

電子相関の強い物質を定量的に記述するために我々が発展させてきた理論に現実的なハミルトニアンと非局所効果を取り入れる理論的改良を行った.T=0では,これまでの非対角有効場を用いた非局所自己無撞着射影演算子理論(SCPA)を拡張して,TB-LMTO-LDA+Uハミルトニアンから出発する第1原理SCPM理論の定式化を行った.さらに,具体的な問題で必要となってくる局所相関関数の計算を可能にする運動量依存局所変分理論を発展させた.有限温度では,動的CPA理論に長距離非局所効果を取り入れる非局所動的CPA理論の定式化を行った.さらに,高温近似で非局所効果を完全に取り入れる第1原理分子動力学理論を発展させた.動的効果を取り入れた第1原理非局所動的CPA理論(T>0)の構築は今後の課題である.電子相関の強い物質を定量的に記述するために我々が発展させてきた理論に現実的なハミルトニアンと非局所効果を取り入れる理論的改良を行った.T=0では,これまでの非対角有効場を用いた非局所自己無撞着射影演算子理論(SCPA)を拡張して,TB-LMTO-LDA+Uハミルトニアンから出発する第1原理SCPM理論の定式化を行った.さらに,具体的な問題で必要となってくる局所相関関数の計算を可能にする運動量依存局所変分理論を発展させた.有限温度では,動的CPA理論に長距離非局所効果を取り入れる非局所動的CPA理論の定式化を行った.さらに,高温近似で非局所効果を完全に取り入れる第1原理分子動力学理論を発展させた.動的効果を取り入れた第1原理非局所動的CPA理論(T>0)の構築は今後の課題である.研究実施計画段階では,すぐに第1原理非局所理論の構築と計算に入る予定であったが,その前に,(1)非対角有効場を用いた自己無撞着射影演算子法(SCPM)の定量性,(2)有限温度において出発点となる動的CPAの定量性についてのより詳しい解析が必要であると判断したので,平成22年度については,これらの方向の研究を継続して行った.まず,非局所SCPMの定量性については,理論をハーフフィルド3DHubbardモデルに適用して,この理論が弱相関領域から強相関領域までほぼ定量的に記述できることを明らかにした(J.Phys.Conf Series2010).有限温度(T>0)では,解析的な調和近似動的CPAを無限次元ベーテ格子上のHubbardモデルに適用し,その結果をモンテカルロ法と比較することにより定量性を明らかにした(日本物理学会'10).さらに,第1原理動的CPAの定量性を調べるために,ScからCuまでの励起スペクトル(Feを含む)を計算し,高温側では,それらのXPS-BISデータを定量的に記述できることを確かめた(PRB'10).ただし,低温側で定量的な結果を得るためには高次の振動数項を取り入れる必要がある.その他,有限温度での長距離相関を取り入れる方向の分子動力学的研究は静的近似の範囲でプログラムを作成し,計算可能な段階まで整備した(内田氏との共同研究:日本物理学会'11).また,基底状態の長距離相関を変分法の立場から取り入れるもうひとつの方法として運動量依存変分パラメタを含むGutzwiller型変分理論を発展させた(日本物理学会'10).(1)我々が用いる第一原理LDA+Uハミルトニアンの交換相互作用パラメーターがconstraint LDA法(c-LDA)とconstraint RPA法(c-RPA)の間で30%異なってくるという新しい事実が最近になって報告されたので,非局所理論の構築に取りかかる前にこれらの値の違いがFe,Co,Niの磁性にどのような影響を及ぼすかについて調べる必要が出てきた.そこで第1原理動的CPAを用いてこれらの遷移金属の有限温度磁性を調べた.その結果,c-RPAの値は低温側の磁化や状態密度を改善するが,高温側の帯磁率やキュリー温度はc-LDAの値の方がより妥当な結果を与えることがわかった.特に,Niではc-RPAから得られた交換相互作用パラメーターは磁化とキュリー温度の両方を過小評価する(JPSJ 80,034706(2011);PRB 83,144409(2011)).(2)第一原理運動量依存変分理論へ向けた変分波動関数の改良を行い,U_>0およびU->∞の両極限で正しい結果を与える新しいハイブリッド法を発展させた(JPSJ80,114708(2011);日本物理学会2011秋).その結果,この理論が両極限で従来のGutzwiller波動関数を改良するのみならず,これまでGutzwiller波動関数では表現できなかった低エネルギー領域の運動量分布関数のエネルギー依存性を正しく記述できることがわかった.(3)有限温度非局所電子相関理論の前段として,静的近似内での非局所分子動力学理論を発展させた.(研究協力者:野原翔太(修士論文)).そして,3次元fcc格子上のハバードモデルに対して理論を適用し,電子数1.2以上で強磁性が出現することを確かめた.1)構築した非局所自己無撞着射影演算子理論(T=0)を銅酸化物(2次元ハバードモデル)へ応用し,理論がunder-doped領域からover-doped領域までの1粒子励起スペクトルを定量的に記述できることを明らかにした.

特に,励起スペクトル状態密度のピークがフェルミレベルにくる特性ドープ濃度が従来の15%ではなく12.5%になることを示し,これが銅酸化物の1/8不安定性と密接に関連していることを明らかにした(J. Korean Phys. Soc. , to be pub.).2)第1原理非局所自己無撞着射影演算子理論を構築するために必要となる運動量依存局所変分理論を発展させた.特に,出発点となる波動関数をHartree-Fock波動関数からHybrid波動関数へ一般化することによって,弱相関から強相関まで記述可能な解析的変分理論を構築することに成功した(J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2012) 013701).さらに,TB-LMTOハミルトニアンを出発点とする第1原理運動量依存変分理論の定式化を行ない,その変分パラメーターを求める自己無撞着方程式の近似解を得た.3)ハバードモデルに基づいて有限温度における動的CPA理論を非局所動的CPAに拡張する理論の定式化を行った(日本物理学会2013春28pXW-1).自由エネルギーの有効ポテンシャルに非対角有効媒質を導入して,有効媒質からのクラスター展開を行い,長距離非局所効果を取り入れる.有効媒質を決めるためには,媒質を出発点とした非対角自己エネルギーが必要となるが,これはクラスター有効ポテンシャルの定常条件から求められる.分子動力学シミュレーションを用いた具体的計算は次年度研究課題に引き継がれる.「研究実績の概要」で述べたように,出発点となる第1原理ハミルトニアンのクーロン相互作用,交換相互作用の定量性を検討する必要が出てきたため具体的な非局所理論の構築が遅れている.一方で,非局所理論に用いる分子動力学プログラムの準備は順調に進んでいる.24年度が最終年度であるため、記入しない。多少の遅延が予想されるが,当初の研究計画通り,非対角有効媒質を用いた第1原理非局所電子相関理論が可能なので,その完成へ向けて研究を進める.ただし,計画に遅れが生じているので,具体的な数値計算はある程度限定せざるを得ない.24年度が最終年度であるため、記入しない。
膜蛋白質高次構造解析のための光励起常磁性タグを利用する新規固体NMR法の開発

本研究では光励起によって短時間だけ不対電子を発生する化合物(色素)いわゆる過渡的常磁性種を利用する新しいアプローチで、次の二通りの新規固体NMR観測技術を開拓する。すなわち、1.蛋白質表面を色素タグ化した試料で行う新しい「距離測定法」、2.マトリクスに均一に混入した三重項色素緩和剤で実現する「増感法」である。「距離測定法」では、昨年加水分解で苦しんだMTSベースの色素タグの問題を回避する新しい方策として、マレイミド化フラビンタグの合成を進めた。タグの合成ではリボフラビンのリビチル鎖の酸化開裂による減炭とアセタール化を経て、また末端の酸化でカルボキシル化フラビンを得た。更に最終ステップのマレイミド化に進み、DMT-MMによる活性化を利用したNメチルマレイミド酸塩とのアミド結合形成で、加水分解に安定なマレイミド化フラビンの合成を試みた。この最終アミド化は複数の溶媒、塩基の分量で試行したものの反応が進まないか、進行中に原料ともに分解し、目的物を得なかった。「増感法」では3重項量子収率が高く、3重項寿命が長い色素群の探索においてピレン系、アセン系、ポルフィリン系多数の候補について基礎テストを完了、難水溶性色素のシクロデキストリンによる包摂作用を利用した溶解度向上テストも行った。この結果として最有力候補を6種にまで絞り込み、これを本測定に供する。脱酸素の方策としては脱酸素酵素を2種用意し、基礎テストを完了、これと色素の組み合わせも今後探索する。「距離測定法」「増感法」共に鍵となるタグの合成、色素群の絞り込みについて着実な成果と新しい知見が得られている。「距離測定」実験用のフラビンタグの合成では、最終マレイミド化のステップの改善をめざし、次を実行する。1.水、メタノール、DMF、DMSO以外のアプロテックな溶媒を用いて試行する、2.DMTMM以外の縮合剤を試用する、3.アルコール版マレイミドとの結合を試みる。現状では反応が進行しないというよりもフラビンの分解がより強い律速になっている印象で、如何に温和な条件でフラビンの分解を避けつつマレイミド化を進行させるかが鍵になると考えている。タグの合成は年度の前半で成功させ、さらに標準蛋白質試料へのタグ化へ進む。同時進行で3重共鳴NMRプローブの改造を行い、実際のHCN測定2次元測定で光励起過渡的常磁性体からの分子内距離依存性を証明する。「増感法」の開発に用いる色素群については、昨年度に6種にまで絞り込んだ最有力候補について本測定に移る。難水溶性色素のシクロデキストリンによる包摂も新しい試みとなる。3重項状態の消対を抑える脱酸素の方策として新たに酵素を利用する手法を試行する。有力な脱酸素酵素2種について実験を開始する。有望なコンストラクトから順次、本テストに進み、従来法を凌ぐ強いPREを得て単位時間感度の大幅向上を実現させる。増感法:ゼノンアークランプのパルス制御系の立ち上げを完了、単色レーザー光源では行えない広範な色素探索を可能にした。試料管壁の吸収による可視光減衰を避けるためサファイア試料管の設計、製作を完了、今後光導入テストを経て、増感実験への応用に進む。高出力(10W)ブルーレーザー光源は試料過熱の問題が発覚し、パルス状照射法などの検討も進めた。最適な増感には連続照射が重要で、光量には最適値があることを見出した。硬いマトリクスほどスピン緩和増進の効果が大きく、より良い増感効果を期待できるため、広範囲なマトリクス探索を行った。約20種の糖、糖アルコールについて、カロリメトリーによるガラス転移点測定、CWとパルスEPR, NMRによるスピン緩和測定からマトリクス硬さの見積もりを行い、電子スピンの縦緩和時間と、マトリクスの硬さに正の相関を見出した。最も硬い二種に候補マトリクスを絞ったので、増感効果の実測へ進む。膜タンパク質を用いる実証実験のため、発現、精製など物取りを終了した。距離測定法:次年度の計画に入れた色素タグの合成も進め、アッペル反応からアルキルハライド、スルホンチオエートのカップリングでMTSタグの合成に成功した。更に距離測定法の応用する対象タンパク質(GB1)のシステイン残基への導入法の検討まで進めた。この結果、導入反応中の加水分解によるタグの分解が速く、定量的な結合が進まない問題が明らかになった。増感法の実証が少し後ろにズレ気味だが、距離測定法の開発ではタグの有機合成法の検討が進行した。膜タンパクの実証実験は、準備が順調に進行中。