hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トポロジカル・オーダーを用いた量子コンピューティング

量子コンピューティングを実現する最も有力な候補であるトポロジカル・オーダーを持つ状態を研究した。特に最近飛躍的に発展している2次元トラップされた極低温ボーズ原子系に注目し、そのトポロジカル・オーダーを持つ状態と、それと競合する状態として、ストライプ状態、バブル状態という密度波状態が存在し、それらの間に量子相転移が存在することがわかった。本年度は本件課題の基本的な側面についての研究を行った。シリンダー状の系において磁束に対する系の応答を見るラフリンの議論が知られているが、それを一般化すると、量子コンピューティングの素子として提案されているトポロジカル・オーダーを持つ系について他グループによって提案されている操作よりも、単純さという点で優れた量子演算が実現できることがわかった。また非アーベル的なオーダーとアーベル的なオーダーの違いも、その議論によって系統的に理解できることがわかった。また一般的なフェルミ流体の分類の立場から、こうした状態の特徴づけを行うことを試みた。トポロジカル・オーダー間で転移が起こる場合が、現在知られていないタイプの転移が存在することがわかったこれらの結果の妥当性を確認するためにHerbut教授(Simons Fraser大学、カナダ)およびGeorgiev博士(Institute For Nuclear Enegy,ブルガリア)らを訪問し議論した。計算機としてIntel社の64ビットDual Core型CPUと16GBのメモリを搭載する計算機を購入した。これによって32ビット機に比較して遥かに大きなサイズの系の数値計算を行うことを可能になった。IntelのMathematical Kernel Libraryをインストールして、それを用いたいくつかのプログラムを作成しテストを行い、他グループが公表している結果を再現できた回転ボーズ原子気体のトポロジカル・オーダーを持つ状態の性質を研究した。特に量子コンピューティングに応用するうえで注目されているトポロジカル・オーダーを持つと予想される回転と密度の比のパラメーターν=1という場合に弱い双極子相互作用がある場合でも非アーベル的なトポロジカル・オーダーを持つ量子液体状態が安定して存在しているが、双極子相互作用が強くなると、密度波を持つ状態に量子相転移を示すことがわかった。その過程でいくつかの相関関数を組み合わせる解析手法を考案した。また並進対称性を利用したアルゴリズムを考案した。これらの成果の主要な部分を論文にまとめて投稿した(掲載許可済)。プリンストン大学を訪問しAutonio Garcia-Garcia講師と非エルミート量子力学の共同研究について打ち合わせをした。非エルミート性があらわれる複素固有値を持つ固有状態と実固有値を持つ固有状態の敷値において見られる特異なスケーリング則とともに、固有状態自体のフラクタル性についても調べるべきとの意見であった。ハーバード大学ライマン研究所を訪問しM.Hafezi研究員と共同研究について議論した。境界条件を変えていった場合の状態の推移の特性を示すチャーン数の計算方法について教えていただいた。またB. I. Halperin教授と電子系のν=5/2問題について議論し、いくつか有益な情報を得た。本計画では当初フラストレートされた2次元スピン系において出現すると予想されるスピン液体のトポロジカル・オーダーの性質を調べる計画であったが、研究を進めた結果、そうしたスピン液体は秩序状態から秩序状態の相転移点においてのみ現れるにすぎず、またその性質も、既存の場の理論の枠組みで記述されるものであった。これについて米国の研究者などが発表している話は、理論的に欠陥があるものばかりで、グラントを取るために大袈裟な言葉を言い合う風潮が顕著に進行しているに過ぎない。それでむしろ2次元トラップされた超低温のボーズ原子気体について調べることにした。数値的に調べた結果トポロジカル・オーダーと密度波の競合について新たな知見を得ることができた。新しいアルゴリズムの開発により以前先行していた他国の研究チームより粒子数において優位に立つことができた。具体的には他の研究チームが12個の粒子までしか扱えない場合で16個まで扱えるようになった。それを用いたもろもろの結果が得られたが、それについては今後機会があれば公表する。扱っていた系は多項式環と同型で、考案したアルゴリズムはグレブナ-基底を一意的に表す方法に基づいていて、広い応用があると予想される。量子コンピューティングへの応用については、実際こうした系を使えば他の系よりも安定した量子コンピューティングを行うことができるが、現在知られている系では、計算を行ううえで必要な操作のひとつが見つかっておらず、現実に応用するのは無理であろう。
変性椎間板症モデルの作成とその疼痛制御のための生物学的アプローチ

椎間板性疼痛を評価し得る椎間板変性モデルをラット尾椎で作成した。このモデルでは椎間板変性に伴いコラーゲン、アグレカン、プロテオグリカンの減少が認められ、疼痛行動と関連してインターロイキン-1β、tumor necrosis factor-αの増加がみられた。骨形成蛋白などを椎間板に注入したラットでは尾部に鎮痛効果が得られ、これらのサイトカインの発現減少と細胞外基質の産生亢進が観察された。変性椎間板を痛みなく再生させる安全な生物学的治療法が確立可能である椎間板性疼痛を評価し得る椎間板変性モデルをラット尾椎で作成した。変性椎間板を痛みなく再生させる安全な生物学的治療法が確立可能である今年度の目的は椎間板性疼痛を評価し得る椎間板変性モデルを作成することにあった。椎間板性疼痛の評価には行動薬理学的検討を行った。モデルとしては、SDラットを用いて、注射針で線維輪を穿刺した群、第4、6尾椎に0.9mmキルシュナー鋼線を刺入し、アルミ製リング作成したイリザロフタイプの創外固定器を装着し、圧迫を加えない群(非圧迫群)ならびに椎間角状変形がおこるまで圧迫を加えた群(圧迫群)を作成した。注射針刺入では尾椎に痛覚過敏は認められず、創外固定器装着では、その重量のため尾椎の逃避反応を鋭敏に捉えることができず、この圧迫群では尾椎にかかる圧迫力が不明であるため新しい椎間板圧迫モデルを作成した。0.7mmキルシュナー鋼線を刺入し、圧迫力が150-200gになるように襷がけのゴムバンドで固定した。このモデルでは尾部の運動麻痺は認められず、処置側では処置後10日まで、圧刺激に対する痛覚過敏が、処置の末梢では処置後7日目から処置後3週まで熱刺激に対する痛覚過敏が認められた。椎間板に圧迫力を加えることで同部の皮膚、圧迫部位の末梢に痛みが発現することをはじめて証明した。このモデルの椎間板変性の程度は痛覚過敏がみられない注射針による穿刺モデルに比べて、組織学的に重篤であった。変性に伴いコラーゲン、アグレカン、プロテオグリカンの減少が認められた。椎間板変性がみられ、疼痛行動がみられたラットの椎間板にはLeukocyte Common Antigen、マクロファージ、インターロイキン-1β、一酸化窒素合成酵素、Tumor necrosis factor-α、ケモカインの増加が観察された。本研究から椎間板変性に伴う疼痛発現モデルが確立された。今後は、このモデルで、骨形成蛋白を用いて、除痛と椎間板再生を引き起こす有効な椎間板内注入療法を検討する予定である。本研究は、変性椎間板を痛みなく再生させる安全な生物学的治療法の確立の一助となる。
転写制御因子による味蕾細胞の分化制御機構の解明

bHLH型転写制御因子のMash1は、嗅神経・自律神経などの一部の神経細胞や感覚細胞の分化に必須であることが明らかにされている。味覚器の味蕾においてもMash1は、味蕾の基底細胞や3型細胞に発現していることが知られている。本研究では味蕾細胞の分化にMash1がどの様に機能しているのかを検索するために、胎生期ならびに生後直後のMash1ノックアウトマウスの有郭乳頭ならびに軟口蓋味蕾を組織学的に観察した。Mash1ノックアウトマウスの軟口蓋では、胎生後期において味蕾としての形態がすでにできあがっているのが観察された。さらにMash1ノックアウトマウスの軟口蓋味蕾ではgustducin陽性の2型細胞は観察されるが、AADC陽性の3型細胞は観察する事はできなかった。これらのことから、Mash1が味蕾の3型細胞分化において重要な機能を演じていることが推測された。味蕾細胞は、味蕾基底細胞と、味蕾基底細胞から分化するI型、II型、III型細胞の4種類の細胞に分類されている。そしてそれぞれの細胞型が異なった機能をもち、それらの細胞型が集合して味蕾としての機能を営んでいることが推測される。しかしながら、基底細胞から味蕾の各細胞型への分化の制御機構についてはまだ解明されていない。本研究では、III型細胞の分化に関係すると考えられている転写制御因子のMash1の機能について検索するために、胎生期ならびに生後直後のMash1ノックアウトマウスの有郭乳頭ならびに軟口蓋味蕾を組織学的に観察した。さらにマウスの初代培養舌上皮にMash1を強制発現させて、舌上皮細胞における分化形質発現の変化を検索した。さらにMash1ノックアウトマウスの軟口蓋味蕾ではgustducin陽性のII型細胞が観察された。また、Mash1ノックアウトマウスの有郭乳頭や茸状乳頭の上皮における、II型細胞の分化に関係すると考えられている転写制御因子のHes6の発現には野生型マウスとの間には差は見られなかった。これらの事から、Mash1は味蕾細胞の中で、II型細胞の分化には影響を与えず、III型細胞の分化において重要な機能を演じていることが推測された。また、マウスの初代培養舌上皮にMash1を強制発現させると、GAD1、AADCなどの味蕾のIII型細胞に発現が認められる遺伝子の発現がRT-PCRで確認された。さらに、免疫染色でもAADCの発現がMash1発現舌上皮細胞に観察された。これらのことから、Mash1が味蕾のIII型細胞の分化において重要な機能を演じていることが推測された。本研究では、III型細胞の分化に関係えらわている転写制御因子のMash1の機能について検索するために、胎生期ならびに生後直後のMash1ノックアウト(KO)マウスの有郭乳頭ならびに軟口蓋味蕾を組織学的に観察した。KOマウスの軟口蓋では、胎生後期において味蕾としての形態がすでにできあがっているのが観察された。さらにKOマウスの軟口蓋味蕾ではgustducin陽性のII型細胞が観察された。また、KOマウスの有郭乳頭や茸状乳頭の上皮における、II型細胞の分化に関係すると考えられている転写制御因子のHes6の発現には野生型マウスとの間には差は見られなかった。詳細にKOマウスのIII型細胞を検索すると、AADCの発現が消失していたが、その他のIII型細胞のマーカー(NCAM,SNAP25)の発現は認められた。このことから、Mash1がIII型細胞の中でもAPUD能を持つ細胞の分化に必須であることがわかった。また、マウスの初代培養舌上皮にMash1を強制発現させると、GAD1,AADCなどの味蕾のIII型細胞に発現が認められる遺伝子の発現がRT-PGRで確認された。
外場応答性フォトニック結晶による蛍光物質の励起状態の制御

アゾベンゼン誘導体を含む液晶材料は,光の照射によるトランス体とシス体との間の光異性化と,それに伴う配向変化や相転移によって,屈折率や光学的異方性などが大きく変化することが知られている。特に液晶高分子にアゾベンゼン部位が含まれる場合には,誘起された配向変化が長時間にわたって保持される点で,低分子と比べて利点がある。このようなアゾベンゼン液晶高分子は,フォトニック結晶との関連でも,屈折率変調による光学特性変化が期待できる。しかし,高分子フィルムにおいて,光を照射したあとにどのような過程を経て分子配向が変化するのかについては,測定の難しさなどのために,これまで詳細な検討がなされていなかった。これは,フィルム中では光照射により生成した異性体が残存するために,通常の溶液系のような積算による測定ができないためである。そこで,この問題を解決するため,パルス光照射ごとに試料の位置を自動ステージにより移動し,試料の様々な場所で測定した結果を積算する手法を考案し,過渡吸収スペクトルの測定を試みた。ホモジニアス配向した膜厚約200nmのアゾトラン液晶高分子について測定したところ,パルス光照射から数十ナノ秒の間に初期の配向の乱れが起こり,その後数マイクロ秒の緩和過程を経て終状態へ至るという,配向変化の過程を観測することができた。スペクトルの時間変化を詳しく検討した結果,光照射直後は,異性化によって生じたシス体が周辺にある分子の面外方向へ配向変化を誘起し,その後,再び面内へ配向が緩和するものの,初期状態と比べて配向が乱れた状態として残ることが分かった。このような配向過程の追跡はこれまでに例がなく,光応答材料としてのアゾベンゼン液晶高分子の特性を検討する上で重要な知見を与えると考えている。金属は、微細な構造をとった場合に、通常とは異なる特徴的な光学特性を示すことが知られており、注目を集めている。この光学特性は周囲の環境に影響を受けるため、液晶などと組み合わせることによって外部刺激によって屈折率の変化を誘起できる可能性がある。本研究では、粒子径が数ナノメートルである金ナノ粒子について検討した。このナノ粒子が高屈折率溶媒中に高濃度で存在する場合に、屈折率が1以下や負の値を示す波長領域が現れることが理論的に予測されている。ナノ粒子の凝集を防ぎ、高濃度の条件を実現するために、アルキル鎖で保護されたナノ粒子をトルエン中で合成し、分散性のよいコロイド溶液を得た。次に、この溶液から薄膜試料を調整し、エリプソメーターを用いて屈折率の測定を行った。屈折率の実数部と虚数部の波長分散は、理論計算の結果とよく一致した。この結果は、材料設計に用いた理論モデルが妥当なものであり、条件の最適化によって期待された光学特性を得られる可能性があることを示している。また、さらに負の屈折率を実現しやすい構造として、シリカと金の複合材料の作製を試みた。まず、粒子径が数十ナノメートルであるシリカ微粒子の表面にポリアリルアミンを静電吸着させた。次に、これを金ナノ粒子のコロイド溶液と混合した。ポリマーの側鎖であるアミノ基と金との結合により、シリカの表面に金のナノ粒子が均一に分散した構造を得た。この作製法は、シリカ微粒子だけでなく、表面に電荷を帯びている多くの材料に対して表面に金を分散させることができるという特徴がある。金属と誘電体を用いたコア・シェル型粒子や金属ナノ粒子を流体に分散した系は,その単純な構成にもかかわらず,可視光の領域で屈折率が負や1以下の低い値を示す可能性が理論的に示されており,メタマテリアルとしての展開が期待される。しかし,これまでに実験的な検討はほとんど行われていなかった。このような材料の実現可能性を検証するため、アルカンチオールで保護された金のナノ粒子を合成し,これを溶媒であるドデカンに分散した試料の屈折率を評価した。その結果,溶媒のみの屈折率とは異なり,屈折率の実数成分に極大値と極小値を示す波長分散を示した。また,この波長は金ナノ粒子のプラズモン共鳴のピーク波長と一致した。さらに,Mie散乱理論による理論計算との比較を行った。金の濃度が異なる数種類の試料を調整し,その屈折率の測定結果を計算詰果と比較したところ,両者がよく一致することが分かった。このことから,Mie散乱理論に基づく計算結果が妥当であると言うことができる。さらに,入射光強度によって屈折率や吸光度が変化する非線形流体を,外部刺激応答材料として着目した。ジフェニルアセチレン誘導体である4-ブチル4'-プロピルジフェニルアセチレンは二光子吸収によって非線形応答を示すことが分かっていた。この物質の吸収係数は励起状態における遷移エネルギーや速度定数に依存する。今回,過渡吸収スペクトルの測定により,三重項励起状態を検討した。その結果,可視光の範囲にブロードな吸収バンドが観測され,その寿命は約110nsであった。この吸収バンドの極大波長は,分子軌道計算から得られた三重項から高次励起状態への遷移エネルギーと一致したことから,観測された過渡吸収は三重項励起状態に由来するものであると言うことができる。これらの結果は,新規光学材料を探索する上で重要なものである。

特に液晶高分子にアゾベンゼン部位が含まれる場合には,誘起された配向変化が長時間にわたって保持される点で,低分子と比べて利点がある。このようなアゾベンゼン液晶高分子は,フォトニック結晶との関連でも,屈折率変調による光学特性変化が期待できる。しかし,高分子フィルムにおいて,光を照射したあとにどのような過程を経て分子配向が変化するのかについては,測定の難しさなどのために,これまで詳細な検討がなされていなかった。これは,フィルム中では光照射により生成した異性体が残存するために,通常の溶液系のような積算による測定ができないためである。そこで,この問題を解決するため,パルス光照射ごとに試料の位置を自動ステージにより移動し,試料の様々な場所で測定した結果を積算する手法を考案し,過渡吸収スペクトルの測定を試みた。ホモジニアス配向した膜厚約200nmのアゾトラン液晶高分子について測定したところ,パルス光照射から数十ナノ秒の間に初期の配向の乱れが起こり,その後数マイクロ秒の緩和過程を経て終状態へ至るという,配向変化の過程を観測することができた。スペクトルの時間変化を詳しく検討した結果,光照射直後は,異性化によって生じたシス体が周辺にある分子の面外方向へ配向変化を誘起し,その後,再び面内へ配向が緩和するものの,初期状態と比べて配向が乱れた状態として残ることが分かった。このような配向過程の追跡はこれまでに例がなく,光応答材料としてのアゾベンゼン液晶高分子の特性を検討する上で重要な知見を与えると考えている。
サルコメアの形成・維持におけるアクチン重合機構の役割と制御

本研究では、心臓に強く発現するアクチン重合制御因子Fhod3の欠損マウスを作出し、ホモ欠損マウスでは胎生8.5日以降の筋原線維の成熟を伴う心筋発達が損なわれる結果、胎生11.5日までに心不全によって死亡することを見出した。これらの結果は、アクチン重合制御因子Fhod3によるアクチン細胞骨格の制御が、筋原線維の形成を通じて心臓形成に必須の役割を果たすことを示している。本研究の目的は、横紋筋の収縮装置「サルコメア」の構築・維持機構を、アクチン重合制御の観点から明らかにすることである。具体的には、アクチンとミオシン両線維が規則正しく整列したサルコメア構造の形成に必須であることを申請者が明らかにしたアクチン重合制御因子Fhod3の欠損マウスの表現型を手がかりに、サルコメアの構築とその恒常性維持において、アクチン重合制御機構が果たす役割とその制御シグナルを明らかにすることを目指している。本年度は、Fhod3欠損マウスを作出し個体レベルでの解析を行った。Fhod3ホモ欠損マウスは、胎生8.5日まではほぼ正常であり、未熟な筋原線維からなる心臓が一旦は拍動を開始したが、それ以降の筋原線維の成熟を伴う心筋発達が損なわれ、胎生11.5日までに心不全兆候を伴って死亡した。αミオシン重鎖(alpha-MHC)プロモータを用いて心筋特異的にFhod3を発現させてトランスジェニックレスキューを試みたところ、解剖学的に正常な心臓をもった胎仔が出生直前まで発育したことから、胎生致死の原因は心形成不全と考えられた。さらに、アクチンと結合出来ない変異型Fhod3のトランスジェニックマウスは、未熟な筋原線維を含む心筋症様の変化を示して新生仔期に死亡した。これらの結果は、アクチン重合制御因子Fhod3によるアクチン細胞骨格制御が、筋原線維の形成を通じて心臓形成に必須の役割を果たすことを示している。昨年度までにFhod3欠損マウスを作出し、ホモ欠損マウスは胎生8.5日以降の筋原線維の成熟を伴う心筋発達が損なわれる結果、胎生11.5日までに心不全兆候を伴って死亡することを明らかにした。これらの結果より、アクチン重合制御因子Fhod3によるアクチン細胞骨格制御が、筋原線維の形成を通じて心臓形成に必須の役割を果たすことを明らかにした。次に、Fhod3変異によるヒトの心筋異常の可能性を考え、既知の原因遺伝子に変異が見いだされない日本人家族性拡張型心筋症患者を対象としてFHOD3遺伝子の変異を検索した結果、進化上よく保存されたアミノ酸のミスセンス変異を1名の患者に検出した。当該変異により、アクチン動態依存性に活性化される血清応答因子SRFの転写活性が減少したことから、Fhod3がアクチン動態依存的にヒトにおける拡張型心筋症の発症に関わる可能性が示唆された。具体的には、アクチンとミオシン両線維が規則正しく整列したサルコメア構造の形成に必須であるアクチン重合制御因子Fhod3のマウス個体における機能を中心に、サルコメアの構築・維持においてアクチン重合制御機構が果たす役割を明らかにすることを目指している。初年度である本年度は、野生型マウスを用いて心筋組織におけるFhod3の発現様式を発生段階別に詳細に検討するとともに、その細胞内の局在様式を検討した。その結果、Fhod3は胎生期から成体期に至るまで心臓に強く発現し、心筋サルコメア内に周期的に局在することが明らかとなった。さらに、心臓特異的に発現するα型ミオシン重鎖(α-MHC)のプロモーター支配下にFhod3を発現するトランスジェニックマウスを作出し、過剰発現したFhod3の局在を観察したところ、外因性Fhod3も内因性Fhod3と同様の局在パターンを示した。このサルコメア内におけるFhod3の局在を、各種マーカー蛋白質との比較等により詳細に観察した結果、Fhod3はアクチン線維の端ではなく、アクチン線維とミオシン線維がオーバーラップする領域に局在することが判明した。

この結果は、アクチン線維のプラス端に相互作用するというこれまでのin vitro解析の結果(Taniguchi et al. JBC 2009)から予測される局在部位とは異なっており、当初予想された「Fhod3が単純な重合促進因子として作用する」というメカニズムよりも複雑な重合制御機構が存在する可能性を示唆していると考えられた。分子細胞薬理学計画通りに遂行しているため当初の計画通りに研究成果が得られているため。今後も、研究実施計画に従い、研究を進めていく。当初の計画通りに研究を推進していく。該当なし当初の計画通りに研究費を使用していく。
太陽光を利用したストラティファイド光触媒による環境修復とエネルギー生成

本研究は、太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する触媒と反応系の開発・評価ならびに反応溶液中の硫黄化合物の有効利用に基づいた環境修復を目指すものである。本研究で扱う光触媒は天然のプロセスを利用した新しい着想の触媒調製方法を用いて、ストラティファイド構造と結晶性の良い超微粒子を組み合わせることにより開発されたものであり、硫黄化合物を含む反応溶液からの水素生成反応に高い活性を示す光触媒である。平成1112年度は可視光応答性ストラティファイド光触媒の開発、ストラティファイド光触媒を用いた水素生成反応における反応機構の検討、硫黄化合物を取り込んだ反応系の硫黄の無害化と固定化について実験を行ってきた。平成13年度は前年度における硫酸系イオンを含んだ反応溶液の研究の流れから、亜硫酸イオンを触媒調製時に用いることで、反応性が高く、可視光が利用可能なCdSストラティファイド光触媒を見出し、太陽光を利用した水素の生成に成功した。これに伴い、実用化を意識した反応系として海水を利用した反応系について検討を行った。実験により海水は光触媒反応溶液として十分利用し得ることが判明した。また海水を利用した反応溶液の調製過程において海水中の金属イオンを硫化物の沈殿として回収することに成功し、貴金属イオンの回収および有害重金属イオンの除去方法としての可能性を見出した。今後の目標として、水の完全分解を目指した反応溶液のリサイクル方法においてはFeイオンを利用した反応溶液中の硫黄の回収ならびに回収硫黄を用いた水熱反応による反応溶液の再生、硫化水素生成細菌を利用した反応溶液の再生についての検討を行う予定である。我々は、波長400nm以下の波長の紫外光により水素発生量が30ml/時間・50mg以上得られるストラティファイド構造を有するZnS光触媒を開発した。その量子効率は、従来の光触媒に比べ100倍という高い量子効率を示した。本研究では本触媒を基に、CbSやPbSという可視光領域で光エネルギーの化学エネルギーへの変換が可能な触媒を開発し、太陽光により硫黄を処理すると共に、太陽光の化学エネルギー変換を目指す。すなわち、本研究では新しい着想で触媒調製の反応を見出し、ストラティファイド構造と格子欠陥の無い超微粒子を組み合わせるという光触媒を設計・開発し、環境修復とエネルギー生成を同時に目指す。平成11年度は、既存のキセノン光源と強力単色光源を用いて、現在までの研究成果を基に、完成度の高いZnSストラティファイド光触媒に仕上げた。そして、水の光分解実験を通じて、最良のストラティファイド構造を決定した。そして、CbSおよびPbSといった可視光で利用可能な触媒の設計指針を確立した。上記装置を用いた実験と平行して、透過型電子顕微鏡やX線回折法を用いて評価や光触媒のサイズ制御も同時に行い、量子効率とサイズ効果との関係を検討した。作製した様々な光触媒の元素分布は、本申請で購入した測定装置を用いて測定した。本研究の成果は、製作する光触媒の良否で決定するため、安定に良質触媒を得る方法の開発を行った。平成12年度にソーラーシミュレータを購入し、太陽光での実験を予定しているため、本年度はその準備として、反応系の設計を行った。本研究は、波長400nm以下の紫外領域の光に水の分解能力を持つ触媒を、さらに波長の長い可視光領域までの光エネルギーを化学エネルギーに変換する触媒と反応系の開発と硫黄化合物の有効利用を基に環境修復を目指す。その光触媒とは、触媒自体が非常にきれいな配列をしたストラティファイド構造を持ち、構成粒子は、粒子径5nmと非常に小さく、また格子欠陥のないナノメータサイズの超微粒子から作られている。平成12年度は、平成11年度に検討したZnSストラティファイド光触媒とその反応系についての結果を踏まえて次の点に重点をおいて研究を行う。

まず、硫黄化合物を取り込んだ反応系の硫黄の無害化と固定化についての実験、次に、CdSやPbSにおいてもストラティファイド光触媒を生成しより太陽光に近いところでの光エネルギーを化学エネルギーに変換による水素発生を目指した。その場合、所有する透過型電子顕微鏡・フォーカスドイオンビーム加工装置やX線回折装置等により、分析・評価を行う。本年度は、光エネルギーを化学エネルギーに変換する際に硫黄イオンの移動と硫酸イオンの移動に伴う硫酸イオンの各イオンに対する反応現象の確認実験を行った。また、可視光でのエネルギー変換のためにCdS光触媒について、ストラティファイド化し、キセノン光源を用いてフィルターにより紫外光をカットした状態の実験系での実験を行った。平成13年度は、これまでの実験の成果を用いて太陽光による水からの水素発生を目指した反応系の開発を目指し、ストラティファイド光触媒の実用化を現実のものとするための反応メカニズムの解明と効率のアップを目指すものとする。本研究では太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する触媒と反応系の開発・評価ならびに反応溶液中の硫黄化合物の有効利用に基づいた環境修復を目指す。本研究で扱う光触媒は天然のプロセスを利用した新しい着想の触媒調製方法を用いて、ストラティファイド構造と結晶性の良い超微粒子を組み合わせることにより開発されたものであり、硫黄化合物を含む反応溶液からの水素生成反応に高い活性を示す光触媒である。平成11(8160)1612年度は可視光応答性ストラティファイド光触媒の開発、ストラティファイド光触媒を用いた水素生成反応における反応機構の検討、硫黄化合物を取り込んだ反応系の硫黄の無害化と固定化について実験を行ってきた。平成13年度は前年度における硫酸系イオンを含んだ反応溶液の研究の流れから、亜硫酸イオンを触媒調製時に用いることで、反応性が高く、可視光が利用可能なCdSストラティファイド光触媒を見出し、太陽光を利用した水素の生成に成功した。これに伴い、実用化を意識した反応系として海水を利用した反応系について検討を行った。実験により海水は光触媒反応溶液として十分利用し得ることが判明した。また海水を利用した反応溶液の調製過程において海水中の金属イオンを硫化物の沈殿として回収することに成功し、貴金属イオンの回収および有害重金属イオンの除去方法としての可能性を見出した。今後の目標として、水の完全分解を目指した反応溶液のリサイクル方法においてはFeイオンを利用した反応溶液中の硫黄の回収ならびに回収硫黄を用いた水熱反応による反応溶液の再生、硫化水素生成細菌を利用した反応溶液の再生についての検討を行う予定である。
PICS関連の中枢神経障害を予測するバイオマーカーの開発と臨床応用

集中治療の進歩により、敗血症患者や重症頭部外傷患者の救命率が向上している。その一方で、近年、ICU退出後の慢性期において、記憶障害、ストレス症状、うつ病、倦怠感、長期的筋力低下といった脳機能障害が高頻度に生じており、生活の質(quality of life, QOL)の低下や社会復帰へ支障を来すことが報告されている。こうした病態は、2012年Society of Critical Care Medicineの合同会議においてPost-intensive care syndrome(PICS)という概念にまとめられた。患者QOLの保持、患者関係者の負担軽減、医療費削減に直結しうるPICS対策が求められるが、未だ有効なモニタリング法および治療法が確立されていない。本研究の目的は、重症疾患患者(敗血症および頭部外傷)が慢性期に発症する中枢神経系機能障害の予後予測法(バイオマーカー)および治療薬を開発することである。このために、各種サイトカイン、特に認知症に関連する内在性神経保護因子、ヒューマニン(Humanin, HN)に注目し、病態への寄与、治療薬としての可能性を検討している。最終年度は、これまでの検討で血中のHN濃度を評価するのに最適と考えられたELISA方法を用いて、PICSの中で特に脳機能障害の病態を再現したマウスモデルから採取した血液と臨床検体のHN濃度を測定した。また、臨床応用を視野に入れ、市販のHN ELISA kitの測定結果との比較を行った。その結果、マウスの血中におけるHN濃度は再現性の高い結果を得られた。しかしながら臨床検体に関しては、個体によるばらつきが大きく、本プロジェクトで構築したELISA方法では、市販のELISA kitや他の炎症性バイオマーカーとの相関関係を認めなかった。現在、本プロジェクトで構築したELISA方法の臨床応用を目指して、臨床検体の測定でも再現性の高いデータを得られるように改良を試みている。PICSの中で特に脳機能障害の病態を再現したマウスモデルを用いて、重症度による脳内に生じる過剰な炎症反応の制御機構と神経細胞の保護・防御機構の検討を試みた。その結果、短期記憶は軽度脳機能障害の群に比べて重度の群で有意に低下すること、大脳と海馬におけるβ-Amyloidの量は重度の群において顕著に増加することが明らかとなった。本年度計画していた血中のHumanin(HN)濃度の変動を評価する系の構築に時間を要している。市販されている複数のkitを購入して測定を試みたところ、いずれも確かな結果を得ることができなかった。このために、各種サイトカイン、特に認知症に関連する内在性神経保護因子、ヒューマニン(Humanin, HN)に注目し、病態への寄与、治療薬としての可能性を検討する。平成28年度は、PICSの中で特に脳機能障害の病態を再現したマウスモデルを用いて、重症度による脳内に生じる過剰な炎症反応の制御機構と神経細胞の保護・防御機構の検討を試みた。その結果、短期記憶は軽度脳機能障害の群に比べて重度の群で有意に低下すること、大脳と海馬におけるβ-Amyloidの量は重度の群において顕著に増加することを明らかとした。本年度は、血中のHN濃度を評価するELISA系の構築に取り組んだ。臨床検体を用いたパイロットスタディーの結果、敗血症の重症度とHNの発現量の関係を示唆する結果が得られた。

その結果、マウスの血中におけるHN濃度は再現性の高い結果を得られた。しかしながら臨床検体に関しては、個体によるばらつきが大きく、本プロジェクトで構築したELISA方法では、市販のELISA kitや他の炎症性バイオマーカーとの相関関係を認めなかった。現在、本プロジェクトで構築したELISA方法の臨床応用を目指して、臨床検体の測定でも再現性の高いデータを得られるように改良を試みている。平成28年度に行った研究の継続と平成29年度の研究実施計画に沿って研究を進めていく。PICSに関連する中枢神経障害に対するHumanin(HN)の治療メカニズムの解析と臨床検体を用いたvalidationを実施する。市販のHN ELISAkitを用いて測定を行ったが、検出限界で検出することができなかった為、ELISA kit購入分の予算を次年度繰越とした。(理由)市販のHumanin(HN) ELISAkitを用いて測定を行ったが、検出限界で検出することができなかった為、本年度、血中のHN濃度を評価するELISAの構築を試みた。(使用計画)概ね当初の研究計画に沿って今後の研究を進めるが、今年度までの結果をふまえて、構築したELISAの感度を市販のHN ELISAkitと比べる際のELISA kit購入に予算をあてる。試薬等の物品費の購入に使用する。
有機物質中の分子運動と相転移

分子集合体については,位置・配向ともに秩序化した完全結晶が温度上昇とともに乱れを獲得し,分子形状の異方性の大小に依存して液晶などの中間相を経て等方性液体へと融解するという基本的な描像が確立している.しかし,実際にはこのようには単純化できない種々の中間相が知られており,そこでの分子運動と相転移については不明な部分が多い.本研究では,このような中間相のうち液晶関連相であるE相に注目している.アルキル鎖長の異なる化合物群(nTCB,nはアルキル鎖長)は純物質で広い温度でE相を発現する.本研究では精密熱容量測定により相転移挙動を明らかにするとともに残余エントロピーを決定し,これまでの結果を総合してE相の動的構造を明らかにする事を目的としている.3TCBについて熱容量測定を行い,相挙動,熱力学的性質をかつてない正確さで決定した.実験結果についての基本的な解析も終了している.当研究室における5TCBについての実験をまって,その結果を比較・検討し報文としてまとめる予定である.実験的研究とは別にPelka博士の経験を生かし,時間依存ギンツブルグーランダウ理論の枠内で単純な欠陥構造であるネマチック液晶一等方性液体間の界面の構造と移動速度について理論的検討を行った.昨年度中に投稿を行ったが,査読意見を参考に大幅な見直しを行い,新しい内容も加えて再投稿を行い,Phys.Rev.E誌に掲載が決定された.現在,印刷中である.分子集合体については,位置・配向ともに秩序化した完全結晶が温度上昇とともに乱れを獲得し,分子形状の異方性の大小に依存して液晶などの中間相を経て等方性液体へと融解するという基本的な描像が確立している.しかし,実際にはこのようには単純化できない種々の中間相が知られており,そこでの分子運動と相転移については不明な部分が多い.本研究では,このような中間相のうち液晶関連相であるE相に注目している.Pelka博士の所属するクラクフ核物理学研究所の構造科学部門より供給を受けたアルキル鎖長の異なる化合物群(nTCB, nはアルキル鎖長)は純物質で広い温度でE相を発現する.本研究では精密熱容量測定により相転移挙動を明らかにするとともに残余エントロピーを決定し,これまでの結果を総合してE相の動的構造を明らかにする事を目的としている.Pelka博士は精密熱容量の経験がなかったので,10月の来日以降,研究グループ内で行われている実験と結果の解析について追体験し,理解を深めるとともに実験操作について習熟しつつある.間もなく予定の試料についての測定を開始する.本研究では,Pelka博士の経験を生かし,相転移の速度論に顕著な影響を及ぼす可能性のある欠陥構造について理論的考察も予定していた.時間依存ギンツブルグーランダウ理論の枠内で単純な欠陥構造であるネマチック液晶ー等方性液体間の界面の構造と移動速度について理論的検討を行い,均一なネマチック相が安定であるために弾性定数に科せられる条件の厳密な導出,界面に許される対称性の分類,界面近傍における秩序変数の分布と界面移動ダイナミクスについて摂動論的な評価を行った.これらの成果は論文としてとりまとめ現在,投稿中である.分子集合体については,位置・配向ともに秩序化した完全結晶が温度上昇とともに乱れを獲得し,分子形状の異方性の大小に依存して液晶などの中間相を経て等方性液体へと融解するという基本的な描像が確立している.しかし,実際にはこのようには単純化できない種々の中間相が知られており,そこでの分子運動と相転移については不明な部分が多い.本研究では,このような中間相のうち液晶関連相であるE相に注目している.アルキル鎖長の異なる化合物群(nTCB,nはアルキル鎖長)は純物質で広い温度でE相を発現する.本研究では精密熱容量測定により相転移挙動を明らかにするとともに残余エントロピーを決定し,これまでの結果を総合してE相の動的構造を明らかにする事を目的としている.3TCBについて熱容量測定を行い,相挙動,熱力学的性質をかつてない正確さで決定した.実験結果についての基本的な解析も終了している.当研究室における5TCBについての実験をまって,その結果を比較・検討し報文としてまとめる予定である.実験的研究とは別にPelka博士の経験を生かし,時間依存ギンツブルグーランダウ理論の枠内で単純な欠陥構造であるネマチック液晶一等方性液体間の界面の構造と移動速度について理論的検討を行った.昨年度中に投稿を行ったが,査読意見を参考に大幅な見直しを行い,新しい内容も加えて再投稿を行い,Phys.Rev.E誌に掲載が決定された.現在,印刷中である.
地域研究を軸とした地域密着型の新しいアフリカ農業開発支援の手法創出

今年度は最終年度ということもあり、論文執筆に専念した。その結果、投稿論文を6報、シンポジウムの論文1報が掲載に至った。このうちの4本が個の科研の対象地域であるケニア西部ビクトリア湖岸地域の稲作に関する研究成果である。最初の一報目は対象地域に分布する4つの稲作地域の稲作農家約400世帯に対して行った質問票調査の結果をまとめたもので、スキームごとの稲作と稲作経営の実態及び違いの概要を比較したものである。2報目は2016年に対象地で行ったイネの試験栽培を通じて観察した水利組織の水利の実態とその問題点を明らかにしたものである。国家灌漑公社の管轄下にある稲作地域では高い収量が得られ、安定した水利が行われていたのに対し、アウトグローワーと呼ばれる農民が独自に水利を行っている地域では、水をめぐるコンフリクトが頻繁に起きていること、また、それを調停するための水利組織の体制は脆弱で、組織はあるものの、活動の体をなしていないことなどを明らかにした。3報目は対象地域で生産されたコメの流通を明らかにしたものである。この地域でコメのトレーダーとして活動している人々に対して質問票を用いた調査を行った。その結果、この生産されたコメの多くは隣国のウガンダに流れている可能性が高いことが分かった。ウガンダ人商人がケニア人であるコメのトレーダーから精米されたコメを購入するという実態が5年から10年くらい前からあったようだ。しかし、ここ2,3年で状況が一変し、ウガンダ人商人が農家から直接未精米のコメを購入するというように変化してきているという。その原因はウガンダで精米機が普及してきたからではないかというトレーダーの話で合った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。2016年8月20日から2017年3月4日、2017年4月10日から4月18日まで対象地域であるケニア西部ビクトリア湖岸の稲作地域において以下の3項目の調査を行った。1イネの栽培試験:農家圃場を借り、イネの栽培試験を行った。1974年にケニア政府によって造成された大規模灌漑施設を備えたアヘロ灌漑地区とその周辺に分布するアウトグローワーと呼ばれる小規模灌漑地域とに水田を借り、イネ品種IR28を用いて慣行法でイネを栽培した。小規模灌漑地区では、ほとんど施肥を行わず(6kg/ha)、灌漑施設も地域の水利組織によってメンテナンスが行われているため、水の環境も悪く、一ヘクタールで960kg/haしか収穫できなかった。一方、アヘロ灌漑地区では、大型のポンプを用い、川から取水して地域に供給しており、メインカナルのメンテナンスは国家灌漑公社が行っているため、栽培期間中水が十分供給される環境にあった。また、肥料も慣行法でも300kg/ha程度行われているので、同じ品種を用いて栽培したにもかかわらず、5600kg/ha収穫できた。2質問票調査:アヘロ灌漑地区の稲作農家70世帯及びアウトグローワーの稲作農家40世帯を個別訪問し、質問票を用いた調査を行った。2015年におけるコメの収量や栽培に投入した経費なとについて聞き取を行った。データは現在デジタルデータとして入力中である。3水利組織の活動の実態に関する情報収集1イネの栽培試験をおこなっている期間中に、アヘロ灌漑地区及びアウトグローワーの水利組織の活動の実態を観察した。アヘロ灌漑地区の水利組織は組織も大きいが、それぞれのリーダーがしっかり水利やレボルビングファンドの活動を行っていた。一方、アウトグローワーの水利組織では、水利費の徴収はしっかり行っていたが、渇水時の水利にはほとんど貢献せず、地域の稲作農民の不満が募っていることが分かった。当初の計画をほぼ遂行したと考えている。しかし、電力会社の電力の供給が不安定であったため、アヘロ灌漑地区において川から取水用のポンプが稼働しない時期があったため、稲作開始時期が4カ月遅れてしまった。4月に再度渡航することで当初予定していたデータ収集をすべて終えた。今年度の前半は得られたデータを整理し、学会発表や論文の執筆を行う予定でいる。今年度は主な対象地域としているケニア西部の治安が悪化し暴動が続いていたため、7月から12月まで渡航ができない状態が続いたため予定していた栽培試験を行うことができなかった。その代わりにタンザニアの中央部で現地の稲作に関する情報収集を12月に行った。タンザニアの稲作はケニアとは異なり天水に頼った形態のものが多いことが分かった。また、山地においては陸稲が栽培されており、陸稲として栽培されるイネの品種に関してはケニアの稲作地域とは全く別の品種を用いていることが分かった。しかしながら、収量は極めて低く、肥料や農薬なども全く利用されていないことが分かった。水稲に関してもケニアとは全く異なった品種が栽培されていた。また、移植ではなく直播が多く、栽培技術も大きく異なっていることが分かった。機械化は耕起の際にトラクターが使われているくらいでほとんど進んでおらず、この点に関してはケニアの稲作と似ていた。

その後、2月と3月にケニア西部に渡航し、対象とする稲作地域からのコメ流通の実態を明らかにするための調査を現地のトレーダー60人に対して質問票を使った調査を行い試みるとともに、2012年より継続して行っているコメの収量や投入財の利用、稲作農家の家族構成や世帯内で稲作に携われる労働者の人数などの把握を目的としたベースラインサーベイを3地域計75世帯に対して行った。今後、半年間で2016年度に行った調査結果と併せて論文執筆を行い、成果の創出を試みる。昨年度のケニアの大統領選挙の影響で対象地域において暴動が継続して起こり、死者も出るほどの状態が続いたため2月まで渡航できなかった。そのため、予定していた栽培試験等の調査ができず、2016年に行った調査も論文をまとめるには中途半端であったため、論文を書くためのデータの補足収集も行えず研究が大幅に遅れてしまった。しかし、2月と3月に渡航し、論文を書くためのデータの収集を集中的に行ったので、今後は論文執筆をできるだけ迅速に行い、遅れを取り戻す。今年度は最終年度ということもあり、論文執筆に専念した。その結果、投稿論文を6報、シンポジウムの論文1報が掲載に至った。このうちの4本が個の科研の対象地域であるケニア西部ビクトリア湖岸地域の稲作に関する研究成果である。最初の一報目は対象地域に分布する4つの稲作地域の稲作農家約400世帯に対して行った質問票調査の結果をまとめたもので、スキームごとの稲作と稲作経営の実態及び違いの概要を比較したものである。2報目は2016年に対象地で行ったイネの試験栽培を通じて観察した水利組織の水利の実態とその問題点を明らかにしたものである。国家灌漑公社の管轄下にある稲作地域では高い収量が得られ、安定した水利が行われていたのに対し、アウトグローワーと呼ばれる農民が独自に水利を行っている地域では、水をめぐるコンフリクトが頻繁に起きていること、また、それを調停するための水利組織の体制は脆弱で、組織はあるものの、活動の体をなしていないことなどを明らかにした。3報目は対象地域で生産されたコメの流通を明らかにしたものである。この地域でコメのトレーダーとして活動している人々に対して質問票を用いた調査を行った。その結果、この生産されたコメの多くは隣国のウガンダに流れている可能性が高いことが分かった。ウガンダ人商人がケニア人であるコメのトレーダーから精米されたコメを購入するという実態が5年から10年くらい前からあったようだ。しかし、ここ2,3年で状況が一変し、ウガンダ人商人が農家から直接未精米のコメを購入するというように変化してきているという。その原因はウガンダで精米機が普及してきたからではないかというトレーダーの話で合った。今年は、前期に昨年度収集したデータを分析・整理し、学会発表と論文を執筆する。短報の執筆2本を予定している。その後、対象地域のイネの栽培時期に当たる10月3月まで渡航し、昨年度と同様に栽培試験を行う予定である。理系の科学雑誌に投稿するためには、栽培試験を最低2回行い、結果の再現性を確認する必要があり、文理融合を目指す地域研究においては、質問票のデータを分析して、社会学系の論文執筆を目指すと同時に理系の科学雑誌への経済を目指して論文執筆を行う必要性を感じており、2度目の栽培試験の実行は必須であると考える。されに、昨年度得られた水利組織の活動の実態がどのような社会・文化的要因のもとで顕在化しているのかを探る目的の調査も行う予定である。昨年度は水利組織の活動の実態を観察し、大体の状況は把握でき、問題点も分かってきた。
ルテニウム酸化物における「異常な」異常ホール効果と磁気構造

Ru酸化物Ba_<1-x>Sr_xRuO_3の異常ホール効果の研究を行った。x = 1においては、常磁性領域(T>160K)および60K以上の強磁性領域では、異常ホール係数はスキュー散乱、サイドジャンプ散乱の2つの散乱メカニズムで説明できた。60K以下では、磁場依存性、温度依存性両方に異常が見られた。また、x = 0.8ではこれらの異常が消失していることが観測された。構造解析の結果、x = 1では60K以下で結晶格子の対称性の低下が観測されたが、x = 0.8では観測されなかった。以上の結果より、x = 1における異常ホール効果の「異常」は、構造変化に伴うフェルミ面の変調が、主にサイドジャンプ散乱の特性を変化させていることによるものと考えられる。ペロブスカイト型Ru酸化物Ba_xSr_<1-x>RuO_3に代表される、強磁性かつ金属的電気伝導を示す酸化物において報告されている異常ホール効果の「異常」の有無およびその原因を明らかにするため、Ba_xSr_<1-x>RuO_3薄膜において磁気測定、電子輸送測定および放射光X線回折実験を行った。その結果、異常ホール効果について、SrRuO_3では(1)60K以下の低温では中間磁場領域で磁化ではスケールできず、約7Tの高磁場では消失する異常ホール効果の余剰項がある。(2)60K以上での異常ホール効果はこれまでの左右非対称散乱メカニズムで説明できる。(3)強磁性相と常磁性相では正常ホール係数・異常ホール係数とも大きく異なっており、未知の格子変調に伴うFermi面の再構築によりFermi面が異なっている可能性が高い。またBa_<0.2>Sr_<0.8>RuO_3薄膜においては異常ホール効果の特性(1)と(3)の特性がほとどなくなっていること、膜面方向垂直磁気異方性が著しく増大していることを観測した。また、放射光X線回折実験では、SrRuO_3の磁気転移温度以下での(000.5)の超格子反射の成長と60K以下での超格子反射の分裂すること、Ba_<0.2>Sr_<0.8>RuO_3では60K以下での超格子反射の分裂が存在しないことを観測した。以上の結果はSrRuO_3では2段階、Ba_<0.2>Sr_<0.8>RuO_3では1段階の格子対称性低下を示唆する。これは、格子変調に伴うFermi面の再構築が異常ホール効果の原因とする我々の考えを指示する結果である。ペロブスカイト型Ru酸化物Ba_xSr_<1-x>RuO_3に代表される、強磁性かつ金属的電気伝導を示す酸化物において報告されている異常ホール効果の「異常」の有無およびその原因を明らかにするため、以下の研究を行った。1. Ba_xSr_<1-x>RuO_3単結晶を作製し、磁気測定、電子輸送測定を行った。その結果、我々が以前薄膜において報告した、(1)60K以下の低温では中間磁場領域で磁化ではスケールできず、約7Tの高磁場では消失する異常ホール効果の余剰項がある。(3)強磁性相と常磁性相では正常ホール係数・異常ホール係数とも大きく異なる、といった異常ホール効果の「異常」がバルク単結晶でも生じることを明らかにした。以上の結果より、Ba_xSr_<1-x>RuO_3における異常ホール効果の「異常」が、構造歪み、組成変調といった薄膜化に伴う特性により生じたものではなく、この物質の本質的な物性であることが明らかになった(論文投稿準備中)。2. Sr濃度変化に対し構造が変化する系であるBa_xSr_<1-x>RuO_3多結晶試料において、これまで明らかにされていなかった6層構造の構造解析を行った。その結果室温では単斜晶C2/c髄、高温で六方晶P6_3/mmc髄であることを明らかにした。また、9層、4層、6層、ペロブスカイト相の相境界と固溶限界を明らかにし、この系のSr濃度に対する相図を確立した(論文投稿中)。

3. Ba_xSr_<1-x>RuO_3と同じペロブスカイト構造をもち、Bサイトに異なる遷移金属イオンを秩序配列させた強磁性酸化物La_<2-x>Bi_xNiMnO_6において構造解析、電気・磁気特性の研究をおこない、Ni-O-Mn間の超交換相互作用とBi-Oの共有結合の競合により磁性と誘電特性が競合すること、見かけの電気磁気特性が向上することを明らかにした。ペロブスカイト型Ru酸化物Ba_<1-x>Sr_xRuO_3における異常ホール効果の「異常」および関連物質の以上物性に関する、以下の研究を行った。1. Ba_xSr_<1-x>RuO_3単結晶を作製し、磁気測定、電子輸送測定を行った。その結果、ペロブスカイト構造をとる組成(0.9<x)は強磁性で、我々が以前薄膜において報告したものと同様な異常ホール効果の「異常」が生じることを明らかにした。(論文準備中)2.ペロブスカイト類似の層状構造をとる組成では、磁性・電子輸送特性に以下の特徴を見いだした。9層菱面晶構造(9R;x<0.1)では、(1)帯磁率の温度依存性はパウリ常磁性的だが、温度上昇とともに増大する、(2)電気抵抗は高温で金属的だが、100K以下で温度低下とともに増大する、(3)ホール効果は全温度領域で正で、温度上昇とともに単調に減少する。一方、4層六方晶構造(4H;0.1<x<0.4)では、(1)帯磁率のパウリ常磁性的成分はほとんど温度変化しない、(2)電気抵抗は全温度領域で金属的、(3)ホール効果は低温で負、高温で正と、符号が反転する。以上の特性を、層状構造の違いによるフェルミ面の形状の違いで説明した。(Y.Kobayashi et al., JPCS, in press)。3. Ba_xSr_<1-x>RuO_3と同様なペロブスカイト構造をもち、Bサイトに異なる遷移金属イオンを秩序配列させた強磁性酸化物La_<2-x>Bi_xNiMnO_6においてNMRの研究をおこない、Ni-O-Mn間の超交換相互作用とBi-Oの共有結合の競合により磁性と誘電特性が競合すること、見かけの電気磁気特性が向上することを明らかにした。(K.Asai etal, JPSJ 78 (2009) 114719 1-5.)
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

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。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およびBarx1b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-インテグリン遺伝子のプロモーター活性は著しく上昇した。一方、β-トロポミオシン遺伝子ではSRFとBarx1bの結合により転写が活性化される事が明らかになった。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いているが、その組織特異性はホメオドメイン蛋白質とGATAファミリーが規定していると考えられる。本研究は平滑筋細胞における組織特異的転写調節機構を初めて解明したものである。このような脱分化状態において、平衡筋特異的な遺伝子群の転写量は著しく減少する。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なったところ、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。IGF-Iシグナルの下流ではPI3キナーゼおよびプロテインキナーゼB(Akt)が活性化されており、PI