hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔癌特異的C5a受容体阻害剤の開発と癌増殖メカニズムの解明

C5a-C5aRシステムが制御性T細胞への分化および癌組織への制御性T細胞浸潤に関与しているという報告があることから、名古屋市立大学病院の耳鼻咽喉科頭頸部外科グループの協力を経て頭頸部癌のサンプルを得て、腫瘍浸潤リンパ球中の制御性T細胞の比率をフローサイトメーターで検討した。その結果、頭頸部癌の原発腫瘍や頭頸部癌の転移のあるリンパ節おいてFoxp3陽性の制御性T細胞の比率が他のがんと比較して高かった。興味深いことに、頭頸部癌に浸潤した制御性T細胞はかなりの比率で制御性共刺激因子CTLA-4の発現していることを明らかにした。そこで頭頸部癌に浸潤したCD4+T細胞のうちCTLA-4発現制御性T細胞における特徴的な遺伝子発現を明らかにするためトランスクリプトーム解析を行ったところ、増殖関連の遺伝子が特徴的に増加していた。一方、C5a-C5aRシステムが制御性T細胞の分化および癌組織への浸潤に関与しているという報告があることから、制御性T細胞をはじめ、腫瘍浸潤リンパ球におけるC5aRの発現をトランスクリプトーム解析で検討したところ制御性T細胞では発現が低かった。これらの結果から、頭頸部癌において、制御性T細胞が癌の増殖に関与しているが、C5a-C5aRシステムは制御性T細胞の分化および癌組織への浸潤に関与していないことが明らかになった。今後はがん細胞に発現しているC5aR特異的な阻害抗体の作製し、がん細胞の増殖にC5a-C5aRシステムが関与しているかどうかを解析できるよう実験を計画中である。現在名古屋市立大学病院の耳鼻咽喉科頭頸部外科グループと共同研究をしているため、頭頸部がんやリンパ節腫脹のある症例において同意を得た後、フレッシュなサンプルを複数例入手することができた。これらのサンプルを用い、フローサイトメーターおよびトランスクリプトーム解析を行った。この実験によりTregの遺伝子の特徴やphenotypeを明らかにできた。現在までに、口腔癌細胞株においてC5aRの発現を明らかにし、口腔癌にC5a-C5aRシステムが関与していることを可能性が示唆されたことから、口腔癌細胞にC5aが結合できなくする抗C5aRモノクローナル抗体の作製を試みる。C5aとC5aRの結合に重要な構造はC5aRのN末端アミノ酸30残基であることが明らかにされているため、この部位のペプチドを合成し、キャリアタンパク質であるKLHと結合させた後、アジュバントとともにBALB/Cマウスに免疫する。その後、常法により、ハイブリドーマを作製し、C5aに対して反応性の強い抗体産生コロニーを選別する。選別した抗C5a抗体から、さらにC5a-C5aRシステム阻害する抗体産生ハイブリドーマの選別する。次にC5a-C5aRシステム阻害抗体産生ハイブリドーマからmRNAを単離し、cDNAを合成後、5'RACE法により増幅した後、クローニングを行い、抗C5a-C5aRシステム阻害抗体の可変領域の遺伝子配列を決定する。この抗体の可変領域と、口腔癌腫瘍特異抗原抗体の可変領域とをリンカーでつなぎ、口腔癌特異的にC5a-C5aRシステムを阻害する二重特異抗体の作製を試みる。また、サンプル収集を続け、制御性T細胞の腫瘍部位への浸潤にC5a-C5aRシステムが関与しているかどうかを解析できるよう実験を計画中である。
非晶質合金中のトリチウム透過

放射線に対して液体が強いのは、その乱れた構造に基因しているからであり、固体でも乱れた構造を有している非晶質合金は耐放射線材料として注目され始めている。われわれは早くからこの点を強く意識し、核融合炉構造材料のクラッド材としての適性を広い観点から種々検討して来た。それらのなかで、特に核融合炉の燃料であり、しかも環境に漏洩すると人体に対して悪影響を及ぼすトリチウムと非晶質合金の係り合いにつき研究することは、燃料経済の面からも、また安全性の面からも重要である。具体的には非晶質合金中のトリチウムの透過について調べたが、測定原理としてはリチウムを含む非晶質合金を原子炉で照射し、生成するトリチウムの非晶質合金中からの放出速度をシンチレーションカウンターにより測定することから非晶質合金中のトリチウムの拡散係数を求めるものである。実験に用いた含リチウム非晶質【Pd_(80)】【Si_(20)】合金は、まず非晶質【Pd_(80)】【Si_(20)】合金にLiHを3at.%になるように加え、真空中で加熱・溶製するとともに、既存の不活性ガス雰囲気中で操作できるローラスクイズ装置により合金を急冷し、非晶質【(Pd_(80)Si_(20))_(97)】【Li_3】合金をつくった。実験に先立ち、このようにしてつくられた非晶質【(Pd_(80)Si_(20))_(97)】【Li_3】合金中のリチウムが均一に分布されている否かを確めるためSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer)により深さ方向の分布をとってみた。なおエッチング深さと、実際の深さとの対応をつけるため末エッチングとエッチング部分の段差をWYKO社製TOPO-2D型非接触表面アラサ計で測定した。その結果1μmの深さまでリチウムは均一に分布していることがわかった。つづいて中性子照射により生じたトリチウムの放射速度を既存のトリチウム放出実験装置により測定したところ、非晶質【(Pd_(80)Si_(20))_(97)】【Li_3】合金中のトリチウムの拡散係数は、水素や重水素の拡散係数に比べて小さいことがわかった。
小児慢性腎疾患患者のセルフマネージメントを支援する外来看護モデルの開発

本研究は、平成19年度より3年間、小児慢性腎臓病患者のセルフマネージメントを支援するための外来看護モデルの開発を目的として行われた。初年度は、外来看護モデル開発を行うための基礎的資料を得るために「慢性腎疾患をもつ思春期患者のセルフマネージメントの構造」に関する面接調査を行った。その結果、小児慢性腎疾患患者の思春期のセルフマネージメントの構成要素を抽出でき、セルフマネージメントの履行に影響する要素はケア提供者との交渉であることが示唆された。以上の基礎的資料と文献的考察をもとに看護モデルを作成し、「交渉スキル・トレーニング」を組み入れたセルフマネージメント支援プログラムを開発した。今後、臨床適用による開発したプログラムの評価を行っていきたい。本研究は慢性腎疾患患児のセルフマネージメント支援のための外来看護モデルを開発することを目的としている。小児看護において、子どものセルフマネージメントに関する理論モデルの開発は十分ではなく、概念の検討が必要である。そこで、平成19年度は慢性腎疾患をもつ子どもの思春期におけるセルフマネージメントの構成要素を明らかにするために、小児科外来に通院中である小学5年生から高校3年生までの13名の患児に面接調査を行った。13名の患児は男子7名、女子6名であり、罹病期間は平均4.9年(2年11年)、疾患はネフローゼ症候群5名、IgA腎症6名、紫斑病性腎炎1名、遺伝性腎炎1名であった。面接で得られたデータから、セルフマネージメント活動の内容を取り出し、内容分析を行った結果、セルフマネージメントの構成要素として次の6つの要素を抽出することができた。彼らは、自宅や外来受診時の尿検査結果ならびに医師や親の説明から自らの《体調や病状、治療を把握する》ことによって、《病状が悪化しないようにするための行動をとる》ことをしていた。そして、病状が悪化しないようにするための行動は、彼らが自分の病状や体調をどのように把握しているかによってその重要度に違いがあった。また《体調や病状、治療を把握する》《病状が悪化しないようにするための行動をとる》ことは、状況によって医師や親といった《ケア提供者と交渉する》《学校教師と交渉する》ことで行われていた。さらに彼らは《友達との関係を維持する》ことで、病状が悪化しないようにするための行動の負担感を少なくし、一連の行動で生じる《感情・情動を調整する》ことを行っていた。本研究の目的は、慢性腎疾患患児のセルフマネージメント支援のための外来看護介入方法を開発することであり、平成20年度の計画はセルフマネージメントの測定用具を作成することとしていたが、平成19年度の面接調査結果と概念分析の結果を検討することによって、外来看護におけるセルフマネージメント支援のための看護介入の枠組みが得られると考え、本年度はセルフマネージメント支援のための看護介入の枠組みを検討した。平成19年度の面接調査結果と慢性疾患をもつ子どものセルフマネージメントの概念分析の結果との検討から、慢性腎疾患患児のセルフマネージメントの特徴として次のことが明らかとなった。(1)慢性腎疾患患児は、ケア提供者との交渉を含めた相互作用の中で、病状や治療の把握、悪化予防行動をとっていた。(2)慢性腎疾患患児は(1)の体験を通して、セルフマネージメントを学習し、それによって得た知識をもとに学校教師と交渉していた。(3)病気体験で生じる負の感情・情動を調整しており、それは友達との関係維持が影響していた。(4)セルフマネージメントの帰結は、子ども自身のわかる感覚の増加、親からの責任の移行と自立、普通でいられる感覚であった。以上より、慢性腎疾患患児のセルフマネージメント支援として、子どもと親や医療者とのコミュニケーションを促進できるように支援することと慢性腎疾患によって生じるストレスを調整するスキルを獲得することを目的とした看護介入プログラムが必要であり、その介入によって子どものわかる感覚、親からの責任の移行と自立、普通でいられる感覚を高めることができるという看護介入の枠組みを構築した。本研究の目的は、慢性腎疾患患児のセルフマネージメント支援のための外来看護介入方法を開発することである。本年度は平成20年度に検討したセルフマネージメント支援のための看護介入モデルをもとに、小児慢性腎臓病患者のセルフマネージメントの履行を支援し、「ふつう」「わかる」感覚、親からのセルフマネージメントの責任の移行を促進することを目的としたセルフマネージメント支援プログラムの内容と構造を検討した。平成19年度および20年度の研究成果より、社会的な相互作用を通して自己を確立していく思春期において、セルフマネージメントの履行に影響する要素はケア提供者との交渉であることが示唆され、思春期患者が親や医療者との交渉に必要なスキルを獲得するための看護介入プログラムが必要であることが明らかとなった。そこで、プログラムには「交渉スキル・トレーニング」を組み入れ、「知識の付与」「知識の活用とモニタリング」の3つの骨子から構成することとした。「交渉スキル・トレーニング」は、社会的スキル・トレーニングを参考にして、教示、モデリング、練習、フィードバックを含んだ構造とした。

トレーニングを実施する研究者のスキルアップのために関連する研修に参加し、小児医療における臨床心理士のスーパーバイズを受けて、実施要領を作成した。また、プログラムで使用するブックレットと日誌の内容の妥当性について、小児慢性腎疾患の当事者、小児腎臓病専門医、臨床心理士、小児看護専門看護師、小児看護学研究者とのレビューを繰り返し行った。そして、プログラムの成果を測定するための測定用具の検討を繰り返しながら、プログラム開発のための準備を整えた。現在、パイロット・スタディに着手しており、今後、臨床適用への検討が可能となるものと考える。
複合電磁波分光法によるπ造形分子設計と電子機能予測

物質中の電荷担体の多くがスピンを有していることに着目し、そのスピン・電子状態と輸送特性を包括的かつ決定的な測定手法として、TRMC- ESR-Transient Absorption(TA) 3元分光複合分光システムを構築した。poly(3-hexylthiophene)を測定対象とし、この中で伝導を担う正電荷種:polaron (P), polaron pair (PP), bipolaron (BP)、分子鎖間π-dimerの種のうち、なにが最も電子伝導に寄与する種であるか、それぞれのスピン状態と電子吸収スペクトルの違いから定量的に弁別して明らかにすることを目的として研究を進めた。基底状態吸収の顕著な漂白現象をPによるものとし、これを指標としてDopingの進行に伴って、Pの増加と飽和、ついで減少を定量化した。この間に試料に注入されたスピン数をESRスペクトルから定量評価し、Dopingの進行とともに急激に増大・飽和を経て減少に転じることを認めた。EPRスペクトル解析では、注入電荷の増大に伴い、スピン間緩和時間の短縮と、正味のスピン数が減少する反強磁性PPへの変化を確認した。伝導度測定では、Dopingの進行に伴って鋭敏に応答し、周波数変化が小さいことから、P-PPへの転移、ならびにDopantのP3HT内拡散による実誘電率変化は無視できることを明らかとした。実際に見積もられた伝導度はその急激な上昇のスピン注入に対する遅延とスピン密度の減少曲線への対応から、Doping初期の段階で観測されるPはほとんど伝導に寄与しないが、反強磁性的に相互作用したPPを形成して初めて大きく伝導に寄与することを明らかとした。構築されたCD-TRMC法は、物質中のキャリアの輸送特性とスピン状態を同時に明らかにできる世界的にも唯一の計測システムであることを実証した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。有機分子を構成ユニットとする半導体材料は、軽量性や柔軟性などの利点をもとに、有機トランジスタ、有機太陽電池、有機ELなどの次世代電子デバイス材料として期待されており、これらのデバイス性能を大きく左右する電荷キャリア移動度の向上を目指した研究が積極的に展開されている。π造形された共役分子の積層構造だけでなく、その骨格構造そのものも変調する対象とし、本研究ではそのための手法として圧力を材料に印可し、分子の構造と電子物性の関係に関して調査を行った。本年度は主として対象を共役高分子に設定し、圧力下(high pressure: HP)での構造変化をX線回折(HP-XRD)法・ラマン分光法(HP-Raman)で評価した。さらに、高圧下・時間分解マイクロ波伝導度法(time-resolved microwave conductivity, HP-TRMC)を用いて、分子内電荷キャリア輸送特性を評価した。HP-TRMC法の開発では、およそ0.2 GPaの圧力印可下での測定に成功し、レーザー励起下、注入された過渡キャリアの運動特性を非接触・非破壊で計測することに成功した。ポリチオフェン骨格を対象とした実験では、構造変調のための圧力印可エネルギーが、主査の持続長延長を引き起こすランダウードジャン自由エネルギーと良い一致を示し、主鎖内電荷移動度が最大2倍程度まで向上することが確認された。マイクロ波をプローブとした非接触電荷移動度評価法の開発と、それらを用いた材料評価を推進した。H27年度繰越分予算は、H27年度前半おける電子スピン共鳴装置(ESR)の故障に伴う装置刷新のために実施を先送りしていた、マイクロ波による電伝導度測定とESRによるキャリア数定量を同時に同時におこなう新たな電荷移動度評価法の開発のために使用した。本年度は、実用化のための装置最適化をおこなった。具体的には、ドーパントであるヨウ素蒸気の流速制御機構を導入し、ドーピング速度のコントロールを可能とした。さらに、光ファイバー式のスペクトル分光計と組み合わせることで、ドーピング中におけるCD-TRMCと紫外可視吸収スペクトルの同時分光が可能となった。本年度に構築した測定システムを用いることで、代表的な導電性高分子であるPoly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT)に対する正孔ドーピング時のキャリア伝導およびスピン数のリアルタイムモニタリングに成功した。その結果、ドーピング開始初期段階において、ESR信号強度は増大するが、マイクロ波伝導度は変化しない時間領域が存在し、ドーピング初期において発生するポーラロンの移動度が低いことが示唆された。さらにドーピングが進行すると、ESR強度は低下しはじめ、それに伴って伝導度が増大したことから、P3HT中の主なキャリア担体はスピンを持たないポーラロンペアもしくはバイポーラロンであることが強く示唆された。前年度より引き続き開発を継続していたCD-TRMC法の測定装置の試作機が完成した。これを用いて、ドーピング段階ごとのP3HTのキャリアの微視的な情報を得ることに成功した。これは二種類の非接触マイクロ波分光を複合した本手法ならでは成果であり、本手法の計測装置としての独自性と有効性を実証する結果であるといえる。さらにここで得られた知見は、未だ統一的な見解のない導電性高分子内の伝導機構の解明に繋がるものであり、当初計画以上の成果が得られたと考えている。前年度に引き続き、多様なπ電子系の本質的電荷輸送特性をマイクロ波をプローブとして非接触的に計測する手法の開発と、それらを用いた新規材料評価を推進した。本年度の実施事項は以下のとおりである。

1)測定対象に化学的手法によって電荷ドーピングおこないつつ、マイクロ波による電気伝導度測定とESRによるキャリア数定量をin-situでおこなう新たな電荷移動度評価法、Chemical-Dope (CD) TRMC法の開発を引き続き推進した。前年度における原理実証の成功を受け、本年度は実用のための装置最適化をおこなった。具体的には、化学酸化剤であるヨウ素蒸気の流速制御機構を導入し、ドーピング速度のコントロールが可能となった。さらに、光ファイバー式のスペクトル分光計と組み合わせることで、ドーピング中におけるCD-TRMCと紫外可視吸収スペクトルの同時分光が可能となった。最適化された測定システムを用いることで、代表的な導電性高分子であるP3HTに対する正孔ドーピング時のキャリア伝導およびスピン数のリアルタイムモニタリングに成功した。その結果、ドーピング開始初期段階において、ESR信号強度は増大するが、伝導度は変化しない時間領域が存在することが明らかになった。これは、ドーピング初期において発生するポーラロンの移動度が低いことを示唆している。さらにドーピングが進行すると、ESR強度は低下しはじめ、それに伴って伝導度が増大する。この結果は、P3HT中の主なキャリア担体はスピンを持たないポーラロンペアもしくはバイポーラロンであることを示唆する結果である。2)サンプル界面への電界印加によるキャリア注入によって電荷の二次元運動を観測する手法(FI-TRMC法)を用いた材料評価をおこなった。特筆すべき結果として、本手法によって一般に不安定である電子ドープされた有機材料の大気下での移動度測定に成功した。前年度に開発をスタートしたCD-TRMC法の測定装置の試作機が完成した。これを用いて、ドーピング段階ごとのP3HTのキャリアの微視的な情報を得ることに成功した。これは二種類の非接触マイクロ波分光を複合した本手法ならでは成果であり、本手法の計測装置としての独自性と有効性を実証する結果であるといえる。さらにここで得られた知見は、未だ統一的な見解のない導電性高分子内の伝導機構の解明に繋がるものであり、学術的にも重要であると考える。さらに、開発済のFPおよびFI-TRMCを用いて多くの物質の電荷輸送特性の解明をおこない、多数の論文として発表した。上記理由により、本年度の進歩は当初計画以上であると考える。2017年度は、研究計画のフェーズIIIとして、1)実際に電気を流す半導体・絶縁体界面での電子機能(Intrinsic-π機能)の定量を目的とした電界誘起法(Field-Induced)によるFI-TRMC法を用いた電子材料評価、2)分子や集合体固有の力学特性・運動性(Dynamic-π機能)を反映した電子輸送機能の評価、3)フレキシブル基板上で摩擦・粘弾性(Elastic-π機能)の複合要因の結果として現れる分子積層構造変形と電子機能相関の評価、の3項目について昨年度に引き続き研究を進めた。特に、2次元発達共役系を有するグラフェンと、そのドメインサイズを精密制御した試料を用い、このドメイン内での実験的移動度を検証した。
消化管での抑制性伝達の発育・加齢による変化

以前、消化管での抑制性伝達物質としての、一酸化窒素の役割は発育、加齢とともにラット消化管の全部位において、その役割が著しく減弱することを認めていた。また、逆にペプチド伝達物質のVIPは、ラットの遠位結腸において抑制反応のメディエイターとして働いており、発育とともに著しく役割が増加することを認めていた。本研究ではさらにもう一つのペプチドのPACAPについて検討した。そして、ラット空腸において以下のような結果を得た。(1)電気刺激による神経興奮により惹起される弛緩反応は、2週齢で最も大きく、以後週齢とともに減弱する。(2)2週齢ではcyclic AMP, PKAを介する経路と、tyrosine kinase, SK channelを介する経路が存在し、前者の役割が著しく高いことが分かった。(3)ところが動物が成長し8週齢になるとcyclic AMP, PKAを介する経路が激減し、tyrosine kinase, SK channelを介する経路が中心になることが分かった。PACAPがSK channelを介して働いていることから、次に消化管組織でのSK channelの存在部位を検索した。免疫組織化学的に調べたところ、SK channelの存在部位は平滑筋細胞ではなく、その間質に存在することが分かった。この細胞がカハールの間質細胞ではないことが、c-Kitの抗体とSK channelの抗体が同一細胞に反応しないことから分かった。そして、SK channelの抗体に反応する細胞がfibroblast like cellであることが、proryl 4-hydroxylaseに対する抗体を用いることで確認された。これらの結果から、おそらくPACAPが働く細胞はfibro blast-like cellであり、ここでのSK channelを介した過分極が平滑筋にgap junctionを介して伝達され、弛緩に結びつくものと考えられた。一方、マウスの胃体部における抑制性メディエイターを検索し、以下の結果を得た。(1)神経を介した弛緩反応は、神経刺激直後に現れる一過性の早い弛緩と、刺激後に長く続く弛緩であった。(2)一過性の弛緩は一酸化窒素によりメディエイトされ、遅く長く現れる弛緩は、PACAPとPHIによりメディエイトされていることが分かった。(3)常に一定量の両ペプチドが分泌され、胃体部平滑筋を抑制的に調節していることが示唆された。(4)現在、PACAP receptor antagonistとして汎用されているPACAP 6-38がPHI receptorをもブロックすることが示唆された。本研究に先立って、既に一酸化窒素の役割は発育、加齢とともにラット消化管の全部位において、抑制性伝達物質としての役割が著しく減弱することを認めていた。また、逆にペプチド伝達物質のVIPは、ラット遠位結腸において抑制反応のメディエイターとして働いており、発育とともに著しく役割が増加することを認めていた。このラット遠位結腸での研究では、もう一つのペプチドのPACAPの役割は発育、加齢によってその役割は一定でほとんど変化がなかった。

そこで本研究では、PACAPの弛緩を惹起する細胞内機序をラットの週齢をおって詳細に調べた。その結果、(1)電気刺激による神経興奮により惹起される弛緩反応は、2週齢で最も大きく、以後週齢とともに減弱する。(2)2週齢ではcyclic AMP, PKAを介する経路と、tyrosine kinase, SK channelを介する系が存在し、両経路のうちcyclic AMP, PKAを介する経路の役割が著しく高いことが分かった。(3)ところが動物が成長し8週齢程度になるとcyclic AMR, PKAを介する経路の役割が激減し、tyrosine kinase, SK channelを介する系が中心になっていることが分かった。(4)tyrosine kinase, SK channelを介する系による弛緩反応の大きさは、週齢により変わらず一定であることも分かった。現在さらにPACAPニュウロンの消化管平滑筋への分布やその働きが週齢とともに変化するか否かを検索している。以上の研究と平行してマウスの近位結腸で、PACAPが抑制性メディエイターであること、その作用する受容体がPAC1受容体であることなども認めた。以前、消化管での抑制性伝達物質としての、一酸化窒素の役割は発育、加齢とともにラット消化管の全部位において、その役割が著しく減弱することを認めていた。また、逆にペプチド伝達物質のVIPは、ラットの遠位結腸において抑制反応のメディエイターとして働いており、発育とともに著しく役割が増加することを認めていた。本研究ではさらにもう一つのペプチドのPACAPについて検討した。そして、ラット空腸において以下のような結果を得た。(1)電気刺激による神経興奮により惹起される弛緩反応は、2週齢で最も大きく、以後週齢とともに減弱する。(2)2週齢ではcyclic AMP, PKAを介する経路と、tyrosine kinase, SK channelを介する経路が存在し、前者の役割が著しく高いことが分かった。(3)ところが動物が成長し8週齢になるとcyclic AMP, PKAを介する経路が激減し、tyrosine kinase, SK channelを介する経路が中心になることが分かった。PACAPがSK channelを介して働いていることから、次に消化管組織でのSK channelの存在部位を検索した。免疫組織化学的に調べたところ、SK channelの存在部位は平滑筋細胞ではなく、その間質に存在することが分かった。この細胞がカハールの間質細胞ではないことが、c-Kitの抗体とSK channelの抗体が同一細胞に反応しないことから分かった。そして、SK channelの抗体に反応する細胞がfibroblast like cellであることが、proryl 4-hydroxylaseに対する抗体を用いることで確認された。
神経細胞死と再生の機構解析

神経細胞はシナプス活動に加えて、グリア細胞との相互作用により、その再生、あるいは障害からの防衛を行っている。これはてんかん発作や虚血再灌流の障害機構を考える上で非常に重要である。グリアとニューロンの間でどの様なシグナル伝達が行われているかは必ずしも明らかではなかった。本研究では種々の脂質メディエーターに注目し、神経細胞の再生や死へのグリア因子の関わり、あるいはグリアによる神経細胞の活性化機構を明らかにした。種々の細胞で産生されるリゾホスファチジン酸(LPA)は神経細胞の増殖や分化を促すだけでなく、アストロサイトに働き種々の神経栄養因子を放出することを明らかにした。また、成長時期の神経細胞の特有に発現すると思われる新規受容体を単離した。本受容体は嗅脳の僧帽細胞、大脳皮質や海馬の錐体細胞、さらに、小脳プルキニエ細胞に発現しており、その機能の解明を目指している。また、ロイコトリエンの受容体を単離し、これがミクログリアに多量に存在すること、ロイコトリエンに刺激されたミクログリアは化学走性を示すことを示した。従来ミクログリアの活性化因子として報告した血小板活性化因子(PAF)が神経細胞でグルタミン酸刺激で産生されることも明らかにした。さらに、PAF受容体欠損マウス、ホスホリパーゼA2欠損マウスの作成とその遺伝的純化に成功しており、詳細な表現型を調べている。神経細胞とその死は様々な要因により制御されているが、その中で、ダリア由来の脂質メディエーターに焦点をあて、その機能を解析することを目的としている。本年は以下の三つの角度から、解析を進めている。脳での脂質メディエーターの代謝の鍵を握っている本酵素を欠損させたマウスを作成した。本マウスは脳の虚血障害に対する抵抗性が高く、また、炎症アナフィラキシーなどの症状が著しく減弱していることが明らかとなった。遺伝的純化を進めている。(2) PAF受容体欠損マウスの樹立と遺伝的純化神経細胞より産生されミクログリアに作用することが知られているPAF受容体を欠損するマウスを作成した。本マウスは生殖や発達に著明な異常は認めなかったが、炎症反応、アナフィラキシー反応の著しい減弱が認められた。現在、繁殖と遺伝的純化を進めている。(3)脳でのPAF産生細胞の同定とグリア走化性の解析PAFが神経細胞でグルタミン酸刺激で産生され、ミクログリアの遊走や活性化を引き起こすことを明らかにした。今後、上のマウスを用いて、個体レベルでの解析を進めていく予定である。神経細胞はシナプス活動に加えて、グリア細胞との相互作用によりその再生や障害への防衛を行っている神経細胞の生死を作用する因子の中で、特にグリア細胞由来の脂質メディエーターに注目し、以下の研究成果を得た。種々の細胞で産生されるリゾホスファチジン酸(LPA)はアストロサイトを主要な標的細胞として作用し、アストロサイトの増殖の他、神経栄養因子(ニューロトロフィン、BDNF),サイトカイン、インターフェロンなどを産生する。また、神経細胞に特異的に発現するリゾホスファチジン酸受容体を単離した。本受容体はGタンパク質共約型受容体であり、嗅球、大脳皮質、小脳プルキニエ細胞などに発現しており、これのリガンド同定、シグナルの解析を進めている。神経細胞からはグルタミン酸刺激により血小板活性化因子が産生され、これは周囲のミクログリアに作用し、ミクログリアは神経細胞へ向けての遊走現象を起こすことを始めて見いだした。遊走現象にはMAPキナーゼが関与しているものと考えられた。遊走したミクログリアの機能については解析を進めている。さらに、PAF受容体欠損マウス、脂質メディエーターの産生の鍵を握るホスホリパーゼA2欠損マウスを作成し、各種遺伝的背景のマウスとの交配により遺伝的純化を進めている。これらのマウスを用いた神経細胞の細胞障害からの防衛と再生をを評価するのが今後の残された課題である。
嫌気的環境に生育する微生物理解のための教育実験ツールの開発

FISH法の簡便化については、既存プロトコルの時間縮減をキーポイントとして、次の3点について検討を行った。1)プローブDNAとRNAとのハイブリダイゼーション時間の短縮化の検討を行った。その結果、従来実験において2.5時間で行っていたところを、1時間のハイブリダイゼーション時間でプローブDNAとRNAが十分結合することを確認し、短縮化が可能となった。2)非特異的RNAにハイブリダイズしたプローブDNAを洗い流すウォッシング時間について検討を行った。その結果、大腸菌とメタン生成古細菌というドメインレベルで全く異なる微生物を使用することで、非特異的結合を根本的に防ぎ、ウォッシング時間を短縮することが可能となった。3)ハイブリダイゼーション時間の短縮や非特異的結合を防ぐためのプローブ素材について検討を行った。その結果、交雑効率の高い人工核酸を用いることにより、ハイブリダイゼーション時間およびウォッシング時間の短縮に繋がった。実験テキスト作成は、中学生、高校生の受講者レベルに適合した実験テキストができるように生物、理科等の教科書調査を行い、環境微生物、新規なライフサイエンス技術、FISH法に関して、図説の豊富な資料、教員デモンストレーション用としてパワーポイント資料、受講者演習シート等を作成した。以上により、最先端の実験手法を学生実験(衛生実験、環境工学実験等)に導入するための実験の効率化および、受講者レベルに適合するテキストについて検討し、中学、高校での嫌気的環境に生育する微生物理解のための教育実験ツールの開発を行った。
無機-有機ハイブリッド配位空間の制御による非線形光学機能の創成

まず、ハイブリッドLB膜の生成メカニズムに関し、さらなる解明を進めた。これまでの研究で、粘土鉱物と有機系分子との複合化は、有機系分子の揮発性溶媒溶液を水面に展開後すぐに生じること、得られた膜中の分子配向は粘土表面の構造を反映した特異的なものであることを明らかにしてきている。これらの知見を鑑みると、分子を展開した直後の時点で、既に分子配列の揃った膜が気水界面に生成していると予想される。そこで、分子を展開する水面の面積と、展開される分子の断面積の合計が等しくなるように溶液を粘土の水懸濁液上に展開することで、圧縮過程を省略するLB膜作製方法を考案した。この手法を、通常のLB法により膜を作成する場合、圧縮行程に長い待ち時間を必要としていたスチルバゾリウム誘導体に適用してみたところ、極めて短時間で、かつ簡便に、質の高いハイブリッドLB膜が作製できることが実証できた。また、粘土表面に吸着した分子の密度が低い場合にも、多層膜化が再現性良く行えるようにするための方法の確立を目的とした研究を行った。その結果、垂直浸積法に比べ、水平付着法の方がハイブリッドLB膜の多層膜化に好適なこと、Layer-by-layerの手法により、塩化ステアリルアンモニウムをスペーサーとして挿入すると、極めて再現性良く多層膜化が行えることを見いだした。さらに、非線形光学材料としての潜在的な可能性は高いものの、as grownの状態では非線形光学特性を示さない金属錯体分子をハイブリッドLB膜化し、この系ならではの特異な配位空間を利用して、物質から優れた非線形光学特性を誘起することを試みた。その結果、金属錯体を粘土LB膜化することで、共鳴により増強された大きな非線形光学定数を利用し、高効率な非線形光学材料を創製できる可能性があることを見い出した。
光電子放射分光法による溶存化学種の外部イオン化電位の測定

1.分子やイオンなどの化学種のイオン化電位は真空中のものと溶媒和されているものとでは異なった値を持っている。これらの値の差から化学種の溶媒和構造に関する知見を得ることができる。しかし、溶媒和された化学種のイオン化電位の測定のための適当な方法がいままで存在しなかった。本研究により、新しく溶液用光電子放射分光計を開発した。この装置を用いた測定法によれば、多種の溶液系のイオン化電位の研究を行うことができるが、本研究課題により得られた研究成果は主につぎのものである。2.種々の溶媒中におけるチオシアン化物イオンの溶媒和緩和エネルギ-:チオシアン化物イオンと各種の有機溶媒との相互作用を研究するために、このイオンの溶液のイオン化電位を測定した。その結果は以前報告したヨウ化物イオン等と挙動が類似しており、それらのイオン化電位は溶媒のアクセプタ-数の増加にともない大きくなった。しかし溶媒をかえたときの変化量はヨウ化物イオンのものより小さく、このイオンの形状が球近似できないことが、ヨウ化物イオンと異なった溶媒依存性を与えたものと考えられる。電子親和力との比較から光イオン化後の溶媒分子の再配向緩和エネルギ-を決定した。3.アセトニトリル中の多環芳香族分子のイオン化電位:真空中でのイオン化電位との差は光イオン化の際の溶媒分子の電子的分極エネルギ-である。今年度の研究以前の結果ではこの分極エネルギ-をボルン式によってよく説明することができた。しかし本研究で扱った大きい平面状分子ではボルン近似が全く成立しないことが明らかとなった。分子軌道計算の結果、光イオン化によって生じた陽イオン中の電荷がこのイオン分子平面の周辺に集中しているものほど分極エネルギ-が大きいことがわかった。分子イオンから一個の電子を取り去り真空中の無限遠にまで離すのに要するエネルギ-はIpとして測定され、この値はこれらの化学種の反応性を知る最も重要な物性値の一つである。この値は気体分子についてはかなり知られているが溶液中の化学種については測定手段がないため知られていなかった。本研究では新しく溶液用の光電子放射分光計を開発し、種々の溶存化学種についてその外部イオン化電位(Et)の測定を行った。本年度は主にフェノ-ル誘導体の水溶液およびアセトニトリル溶液について測定を行い次の様な結果を得た。1.フェノ-ル誘導体のHOMO(分子軌道計算による)エネルギ-とアセトニトリルを溶媒とした時のEtの実測値とは直線的な関係にあった。この実験で測定した分子の多くのものについてガス分子のIpが知られていない事を考えると、本研究法を用いるならば、昇華できないためにIpの測定が不可能な分子についても溶液とすることでそのIpを知ることが可能となる事を示している。2.14種類のフェノ-ル誘導体について測定を行った所、分子によってアセトニトリル中でのEtと水中でのそれとの差がずいぶん異る事を見出した。つまり溶媒を変えると同一分子でもEtが異り、この溶媒効果はフェノ-ルに導入する置換基によって異なる。水を溶媒とすると大きくEtが減少するものはpKa値が小さく、この事からフェノ-ルの水酸基が溶媒と強く水素結合をするとEtが減少するものと考えられる。この事は水分子を一個水素結合させたモデル分子について分子軌道計算を行い、理論的に予想されるものである事を確認した。

しかし、溶媒和された化学種のイオン化電位の測定のための適当な方法がいままで存在しなかった。本研究により、新しく溶液用光電子放射分光計を開発した。この装置を用いた測定法によれば、多種の溶液系のイオン化電位の研究を行うことができるが、本研究課題により得られた研究成果は主につぎのものである。2.種々の溶媒中におけるチオシアン化物イオンの溶媒和緩和エネルギ-:チオシアン化物イオンと各種の有機溶媒との相互作用を研究するために、このイオンの溶液のイオン化電位を測定した。その結果は以前報告したヨウ化物イオン等と挙動が類似しており、それらのイオン化電位は溶媒のアクセプタ-数の増加にともない大きくなった。しかし溶媒をかえたときの変化量はヨウ化物イオンのものより小さく、このイオンの形状が球近似できないことが、ヨウ化物のイオンと異なった溶媒依存性を与えたものと考えられる。電子親和力との比較から光イオン化後の溶媒分子の再配向緩和エネルギ-を決定した。3.アセトニトリル中の多環芳香族分子のイオン化電位:真空中でのイオン化電位との差は光イオン化の際の溶媒分子の電子的分極エネルギ-である。今年度の研究以前の結果ではこの分極エネルギ-をボルン式によってよく説明することができた。しかし本研究で扱った大きい平面状分子ではボルン近似が全く成立しないことが明らかとなった。分子軌道計算の結果、光イオン化によって生じた陽イオン中の電荷がこのイオン分子平面の周辺に集中しているものほど分極エネルギ-が大きいことがわかった。
塩味増強効果の定量的評価法の開発

塩を加えなくても味質を損なわない減塩食品の開発は望まれている.塩味を感知するIII型味蕾細胞内でGABA合成酵(GAD67)が機能することより,GAD67酵素活性に影響を与える食品成分(香辛料)に注目し,その塩味増強効果を評価する手法を開発した.GAD67酵素活性を活性化する食品成分は,官能試験においても塩味増強効果を示すことが統計的に判明した.これにより,香辛料を用いる減塩食品への可能性が示唆できた.また,このような減塩食品は,対比効果の結果,うま味なども損なわない可能性が合わせて示唆できた.塩を加えなくても味質を損なわない減塩食品の開発は望まれている.塩味を感知するIII型味蕾細胞内でGABA合成酵(GAD67)が機能することより,GAD67酵素活性に影響を与える食品成分(香辛料)に注目し,その塩味増強効果を評価する手法を開発した.GAD67酵素活性を活性化する食品成分は,官能試験においても塩味増強効果を示すことが統計的に判明した.これにより,香辛料を用いる減塩食品への可能性が示唆できた.また,このような減塩食品は,対比効果の結果,うま味なども損なわない可能性が合わせて示唆できた.本研究は,III型味蕾細胞に発現するグルタミン酸デカルボキシラーゼのアイソフォームであるGAD67が味覚情報伝達に関与し,その生成物であるγ-アミノ酪酸(GABA)の作用機構を明らかにし,さらに,GAD67活性を外部因子を導入することで制御することを目的とする.結果として,GAD67活性を改変すると塩味に効果を示し,外部因子は塩味改変物質として活用できると考えられる.初年度は,GAD67タンパク質の高発現系の構築と精製方法の樹立を目指した.また,香辛料などの天然物から有効成分を抽出することで,GAD67活性に影響を与える物質の同定を行った.GAD67の発現系は,パン酵母,大腸菌を宿主とし,精製しやすいようにHis-tag融合型(C末もしくはN末)としてベクターを設計した.市販の高発現用ベクターや低温発現型ベクターを試した.その結果,大腸菌と産総研との共同開発した酵母での低温発現型のベクターを組み込んだ系が良好な結果を示したので,現在,精製を進めている.さらに,高度に精製した部分精製標品を用いて,香辛料抽出物との相互作用を検討した.その結果,GAD67活性を増幅する抽出物を幾種類か確認できた.それらは,味覚官能試験を行い,塩味増強効果の有無を検討した(2010年度日本農芸化学会大会にて発表,Hisakiら)また,高感度GABA測定をすべく,分析装置を購入し,その取扱いに習熟している段階である.今後,精力的に高感度分析をルーティンで行えるように学生のトレーニングを進める.本研究においては,現代社会において生活習慣病予防の基本として位置づけられる「減塩」をテーマとしている.減塩には様々な取り組みがなされているが,味覚の情報伝達機構の解明に従って,塩味受容体をもつIII型味蕾細胞にγ-アミノ酪酸(GABA)合成酵素のアイソフォームであるGAD67の存在を明らかにしたことにより,GABAの味覚情報伝達機構への関与が示唆されるに至った.そこで,GABAの味覚,特に塩味への関与を検討すること,GABA合成酵素の活性に影響を与える香辛料成分や天然物成分にははたしてどの程度の減塩効果があるのかを検討すること,また,そのためには減塩効果の評価法の確立が必要となることより,評価方法の検討を行うこと,などを目的とした.GABAの味覚への効果を官能試験により検討した結果,塩味や酸味など特定の味質を呈することが判明した.さらに,既知の五味との共存することでは,塩味を強くすることが判明した.III型味蕾に塩味受容体の情報伝達経路が存在することより,味の対比効果にGABAが関与することを示唆できた.香辛料成分などはGAD67の酵素活性に様々な効果を与えることが判明し,その関係は,香辛料成分などが塩味に与える効果と正の相関があることが判明した.これよりGAD67活性を測定することで,塩味増強の度合いを測定する指標となることが強く示唆でき,GAD67の酵素活性を塩味増強剤のスクリーニングに利用できることが判明した.特に,GAD67活性を活性化するような香辛料成分には強い塩味増強効果が観察されたことは特筆できる.そこで,香辛料や天然物からの塩味増強剤のスクリーニングを行うために,組換え体GAD67タンパク質を大量に発現できる系の構築を行った.大腸菌,酵母などを用いる発現系を各種設計し,発現量,酵素活性の有無などを検討している段階である.その課程において,高感度でGABA量を測定できるアミノ酸分析装置を設置し,その操作に習熟するに至った.近年,生活習慣病を予防することがヒトが健康で長生きするためには必須であるという理解が進んでいる.生活習慣病の最も注意すべきところは高血圧とされる.また,患者を国費でささえているのが,腎臓疾患をもつ透析患者である.これらに共通することは,減塩であろう.本研究の基本は,減塩食品の開発につなげようとするもので,基礎的な部分と応用部分からなりたつ.我々は,味を感じる味蕾細胞にグルタミン酸を代謝するグルタミン酸デカルボキシラーゼ(GAD)のアイソフォームであるGAD67の発現を見出し,それが酸味と塩味受容体を要するIII型味蕾細胞であることを報告してきた.

この酵素の働きによりγーアミノ酪酸(GABA)が産生されること,GABAはクロライドイオンチャンネル(GABAAとGABAC)のリガンドであり,これらのチャンネルタンパク質はいづれも味蕾に発現することを見出した.これにより,食塩の成分であるクロライドイオンが塩味に関与し,その味覚の増幅にはGAD活性つまりGABAの産生量が関与することをヒトの官能試験により見出し,報告している.さらに,GAD活性に影響を与える食材由来の因子を香辛料や天然物に求めたところ,多くの天然物抽出物が酵素活性に多様な影響を与え,酵素活性を活性化させる因子は,塩味を増強する傾向があることを見出した.これにより,塩味増強剤のスクリーニングシステムを構築でき,数100種におよぶ天然物のスクリーニングを行い,塩味増強効果を示す化合物を見出しており,現在,単離精製を行っている.また,塩味増強効果のアッセイ法を確立したが,そのためには安定なGAD67タンパク質の供給が必須であり,組換え体GAD67の大腸菌や酵母での発現系のさらなる改良を試みた.研究成果は,これまで分子レベルで理解されていなかった,調理学の分野でしられている対比効果を説明できるものでもある.当初の計画のように進展していると考えている.特許などが取れたことは,予想以上であるという実感でいる.24年度が最終年度であるため、記入しない。これから本格的に成果の公開に取り組むが,GAD67タンパク質の発現系の構築も光が見えてきたので,あとは,本格的に大量培養して,十分な酵素を確保し,20000種はあろうかという天然物のスクリーニングをこつこつと行う予定でいる.時間がかかり,多くの成果は望めないであろうが,確実に天然物から塩味増強効果をもつ成分に行き着き,ライブラリー化できるものと信じている.24年度が最終年度であるため、記入しない。
量子揺動による準安定状態の緩和機構の解明と直接数値シミュレーション法の開発

準安定状態の緩和が熱的な励起ではなく、量子揺動のために起こることがいろいろな低温での観測で明らかになってきている。これらの現象を解析するための埋論的定式化を行ってきた。特に、純粋に量子力学的な現象として非断熱遷移による現象の特徴を明らかにした。特に、外場を時間的に掃引したときの時間の変化や、交流外場のもとでの干渉現象などにおける特徴を周期ごとの時間発展演算子(フロケ演算子)の固有値問題として研究し、磁性体や伝導系に応用した。さらに、格子との相互作用の効果を調べるためボゾン系と結合した場合の非断熱遷移の性質も詳しく調べ、通常エネルギー準位の幅といわれるものの意味についての具体的機構を考察した。その上で緩和過程の効果を考える具体的理論的枠組みを熱浴と結合した系において熱浴の自由度を消去した縮約密度行列の方法で作り、実際の微小磁性体のヒステリシス現象に応用した。また、量子揺動が大きな系での電子スピン共鳴の吸収曲線に関する新しい方法を開発し、共鳴磁場の温度変化の空間的な構造依存性を明らかにするとともに、これまで困難であった吸収の線幅を双極子相互作用から第一原埋的に求めることができた。最近興味を集めている様々な量子スピン相における特徴を明らかにしようとしている。また、量子系では絶対零度での不確定性原理による揺動が残り、古典系とは異なる無秩序相の存在が知られているが、そのような現象をもたらす量子揺動は系の不均一さと相乗効果を発揮して新しい特徴を持つ状態を生じさせる。このような効果の典型例として、非磁性原子で希釈した2次元反強磁性ハイセンベルグ模型(スピン1/2)の基底状態でのグリフィス相の特徴を量子モンテカルロ法で研究した。
水平管群を流下する液膜表面波の生成とガス吸収促進の機構解明

機械および化学工業の各種ガス吸収器は、水平管方式と鉛直管方式の二つに大別される。本研究では、水平管方式の基礎研究として、水平管群を流下する液膜の表面波の生成とガス吸収促進の機構を、滑らかな表面の液膜流の理論解析との比較検討を通して解明し、さらに鉛直管の実験結果と比較した。理論では、管の頂部で濃度境界層が始まり、流下液膜表面に沿って管底まで発達するものと仮定し、境界層近似を導入して解析した。上下に隣接する管間が狭く、毛管定数以下の場合には、管間で連続したシート状流れとなり、最上段から最下段の管まで、ほぼ均一的な液膜流が形成される。一方、管間が十分広い場合には、管間では不連続な滴下流れとなり、滴下の衝撃により次段の管上の液膜に強い放射状の表面波が生成されるが、下流の段の管ほどより片寄った液膜流れが形成される。放射状表面波の効果により、シート状流れに比較して約50%かそれ以上の促進が得られる。シート状流れの場合、最上段の管への液供給に脈動を付与することにより、レイノルズ数Re<30で最大20%の促進が得られた。また、管径を毛管定数に近い6mmに小さくすることにより、レイリー不安定によってより大きい振幅の表面波が生成し、ガス吸収が促進される。水平管では、管間で濃度境界層を分断する作用が働くことと、滴下により生じる放射状表面波によりガス吸収が著しく促進される。一方、鉛直管流下液膜では、Roll waveが発生し、ガス吸収を促進する。両者を比較すると、水平管方式の方がガス吸収速度が大きいことが分かった。以上の知見は、コンパクトなガス吸収器の設計において役立つものと考えられる。水平管群吸収器は、各種の化学反応プロセスや熱・物質移動プロセスで広く利用されている。本研究では、水平管を濡らして流下する液膜上に生成される表面波の運動とそのガス吸収促進機構の解明を目的として、平滑表面の液膜流れと各管頂の液膜入口部での完全混合を仮定した層流拡散理論モデルを構築するとともに、実験による観察、測定を行った。理論モデルから、小さな管径の場合は濃度境界層が薄くガス吸収速度が大きいことを予測し、実験結果はその傾向を裏付けた。実験観察によれば、水平管上の液膜には上段からの滴落下により表面波が生じるとともに、液膜流れは管軸方向に片寄りが生ずる。低流量では、後者による負の影響が強く、ガス吸収速度は小さいが、流量の増加とともに前者の吸収促進効果が大きくなり、ガス吸収速度は急増する。その結果、シャーウッド数はレイノルズ数Reの約1.0乗に比例して増加し、その傾きは理論モデルの0.7より大きい。上下の管と管の隙間を2mmに小さくすると、滴落下は生じず、その隙間ではシート状の液膜流れとなる。その結果、Reが30以下では表面波が生じず、ガス吸収速度は著しく低い。しかし、Reが30以上になると、液膜流れの不安定による表面波が生じ、ガス吸収速度はかなり大きくなる。しかし、滴落下によるガス吸収促進に比較すれば小さい値にとどまる。これは、滴落下により生じる表面波の振幅が、不安定により生じる波よりかなり大きいことによるものと考えられる(以上の結果については、投稿準備中)。本研究では、水平管群を濡らして流下する液膜に生成する表面波の運動とそれによるガス吸収促進機構の解明を目的として、実験と理論解析を行った。理論モデルでは、流下液膜は滑らかな表面を有し、管軸方向に均一であり、かつ各管上で濃度境界層が管頂部から管底まで液膜表面に沿って発達すると仮定した。

本年度は、管径と上下の管間隔を変えて実験を行った。管間隔が毛管定数以下では、上下の管の間がシート状流れとなり、全ての段において管軸方向にほぼ均一な流れとなるが、発生する表面波は比較的弱い。シート部での混合は小さく、表面波による促進は低いため、ガス吸収は理論値と同レベルか理論値より低い。一方、管間隔が毛管定数以上では、上下の管の間で滴下流れとなり、この滴下が管上の液膜に強い表面波を生じるが、液膜は管軸方向には片寄った流れとなる。流量が低い範囲では、片寄った流れの影響が強く、ガス吸収は理論値よりも低いが、流量増加とともに、滴下流れと強い表面波の効果により、ガス吸収は理論値より大きくなる。一般に、管径が小さいほど個々の管上の液膜中の濃度境界層の発達距離が短くなるため、ガス吸収は大きくなる。管間隔が小さくシート状流れとなる場合は、小管径の管群ではレイリー不安定により表面波が促進され、ガス吸収も促進される。一方、管間隔が大きい滴下流れの場合小管径の管群では、液膜の流れめ片寄りが大きく、ガス吸収は小さい。これらの結果は近く、Nosoko et al.Int.J.Heat Mass Transfer 45(2002)2729の続報として英語論文にまとめ投稿準備中である。比較のために平行して、鉛直管群吸収器の基礎研究を行い、その結果も論文にまとめた。
遷移金属触媒を用いたフラーレンの選択的官能基化及びその物性に関する研究

本研究は、遷移金属触媒を用いたフラーレン(C_<60>)の選択的新規アルキル単官能基化反応および二置換反応の開発を目的とした。平成24年度では、研究計画通り種々の金属触媒を用いたフラーレンの効率的な官能基化の開発と有機薄膜太陽電池への応用に成功した。1.コバルト触媒を用いたフラーレンのモノ官能基化反応による新規有機薄膜太陽電池のアクセプター材料の創出。私は23年度において既にコバルト触媒を用いた効率的かつ高選択的モノアルキル官能基化反応の開発に成功した。本研究で、私はコバルト触媒を用いたモノ官能基化反応を拡大することで様々な置換基、例えばメトキシやエステル基などを導入することで官能基化フラーレンの溶解性の向上とLUMOエネルギー変化によりP3HTをドナー材料として有機薄膜太陽電池においての新規モノ官能基化フラーレンアクセプター材料の評価を行った。その結果、2-メトキシ-4-エステル置換基を有するモノベンジルフラーレン(2-MeO-4-CO_2Me-BnHC)が変換効率3.75%でPC_<61>BM(3.78%)とほぼ同じ変換効率を示すことを見い出した。これらのアクセプターの新規性と効率的合成法および高い光電変換効率から、本研究で得られた新規官能基化フラーレンは有望である。2.NaOH触媒を用いたモノ置換フラーレン誘導体の二量化反応。23年度で私は、銅触媒を用いることでモノ官能基化フラーレンの効率的な二量化反応の開発に成功し、様々な単結合フラーレン二量体を合成した。本年度では、高度な共役フラーレン骨格により活性化されたヒドロフラーレン生成物の炭素-水素結合に着目し、ある種の塩基触媒を用いることにより、生成したアニオン種の空気酸化によりモノラジカルが形成しフラーレン二量体が得られると考えた。種々の塩基触媒と酸化剤の検討の結果、モノアルキルヒドロフラーレンがNaOH触媒と空気酸化剤の存在下室温で、フラーレン二量体が効率的に得られることを見出した。1.コバルト触媒を用いたフラーレンのモノ官能基化反応。遷移金属触媒によるアルキルラジカル活性種の形成および高いラジカル受容性を有するフラーレンの特徴に着目した。フラーレン(C60)とベンジルブロマイドを用いて様々な遷移金属触媒と還元剤などの徹底的な検討を行った結果、10mol%のCoCl2dppe触媒とマンガン還元剤及び少量の水の存在下、76%の高い収率でモノベンジル置換基を有するヒドロフラーレンが室温で得られることを見出した。この最適条件下基質の一般性と汎用性を検討したところ、種々の置換基を有するベンジルブロマイド、アリルブロマイド、プロパルギルブロマイドなど活性アルキル反応剤が効率的に対応するモノ置換フラーレン誘導体を与えることを明らかにした。また、反応の最適条件下、ポルフィリンブロマイド、デンドリマーブロマイドやビスプロモメチルベンゼンなど試薬を用いてフラーレンと反応することにより、有機溶媒に対して高い溶解性を有するポルフィリンやデンドリマー置換基を有するフラーレン超分子とフラーレン二量体の効率的合成に成功した。2.パラジウム触媒を用いた非対称1,4-置換基を有するフラーレン誘導体の合成私はパラジウム触媒を用いた活性アルケンの二置換付加反応において、活性アルキンの代わりにフラーレンを用いることにより非対称1,4-二置換フラーレン誘導体が選択的に得られることを見出した。すなわち、1mol%のPd(PPh3)4触媒の存在下、C60とβ-acetonitrile-α-ally1反応剤を90度で反応させると1-acetonitrile-4-ally1[60]fullerneが良好な収率で得られた。3.銅触媒を用いたモノ置換フラーレン誘導体の二量化反応高度な共役フラーレン骨格により活性化されたヒドロフラーレン生成物の炭素-水素結合に着目した。すなわち、ある種の触媒を用いることにより、モノ置換ヒドロフラーレンのC-H結合の触媒的官能基化できると考えた。種々の金属触媒と添加剤の検討の結果、モノアルキルヒドロフラーレンがCu(OAc)2触媒などの酸化剤の存在下室温で、フラーレン二量体が効率的に得られることを見出した。