hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高周期１４族元素ー酸素二重結合化学種の創製と小分子の活性化

独自に開発した「縮環型立体保護基(Rind基)」の導入により、「高周期14族元素ー酸素二重結合化学種」の合成について調査した。前駆体として一連の高周期14族元素二価化学種である「ジアリールテトレリン」を系統的に合成し、それらの分子構造や電子物性について実験化学と理論化学の両面から解明した。前例のない「スズー酸素二重結合化学種」である「スタンナノン」の合成に成功し、分光学的手法や結晶学的手法を用いてキャラクタリゼーションするとともに、種々の基質との反応性について調査した。本研究では、高周期14族元素ー酸素二重結合化学種を創製し、小分子の活性化などの反応性の開拓を通して、典型元素化合物に関する先駆的な研究を格段に発展させることを目的とする。独自に開発した嵩高い「縮環型立体保護基(Rind基)」を駆使することで、シラノンやゲルマノン、スタンナノンなどの新しい典型元素不飽和結合化学種を合成する。それらの分子構造や化学結合について解明するとともに、結合電子に由来する特異な反応性を探究することを目標とする。平成27年度は、種々のかさ高さのRind基を有するゲルマニウム二価化学種「ゲルミレン」を合成し、16族元素源(亜酸化窒素、元素硫黄、元素セレン)との反応について調査した。比較的かさの小さなEMind基を導入した場合、Ge=O結合をもつ「ゲルマノン」ではなく、Ge2O2四員環構造のゲルマノン二量体が生成した。また、Ge=S結合をもつ「ゲルマンチオン」ではなく、GeS4五員環化合物が生成することをX線結晶構造解析により明らかにした。また平成27年度は、低温下ジアリールジブロモシランとtBuLiとの反応により「ジアリールシリレン」を合成し、その分子構造と電子状態について実験化学と理論化学の両面からアプローチした。新しいRind基を設計・開発し、ケイ素上への導入について調査した。さらに平成27年度は、種々のかさ高さのRind基を有するスズ二価化学種「スタンニレン」を合成し、分子構造をX線結晶構造解析により決定した。比較的かさの大きなMPind基を導入した場合、Sn=O結合をもつ「スタンナノン」の合成が可能であることを見いだした。高周期14族元素ー酸素二重結合化学種(重いカルボニル化合物)として、新たにスズー酸素二重結合化学種「スタンナノン」の合成に成功しており、ケイ素ー酸素二重結合化学種「シラノン」の前駆体である「ジアリールシリレン」の合成研究も着実に進んでいることから、本研究はおおむね順調に進展している。ゲルマノンの酸素原子移動反応について、基質や触媒、反応条件をさらに精査することで、優れた典型元素触媒の開発につながることが期待できる状況である。本研究では、高周期14族元素ー酸素二重結合化学種を創製し、小分子の活性化などの反応性の開拓を通して、典型元素化合物に関する先駆的な研究成果を格段に発展させることを目的とする。独自に開発したかさ高い「縮環型立体保護基(Rind基)」を駆使することで、シラノンやゲルマノン、スタンナノンなどの新しい典型元素不飽和結合化学種を合成する。平成28年度は、種々のかさ高さのRind基(EMind基、Eind基、MPind基)を有するスズ二価化学種「ジアリールスタンニレン」および「ハロスタンニレン」を系統的に合成した。合成したスタンニレンはいずれも室温で安定であり、分光学的手法と結晶構造解析により同定した。比較的かさの小さなEMind基を有するブロモスタンニレンは結晶中でスズと臭素が交互に配列した一次元鎖ポリマー構造を形成するのに対し、かさ高いEind基を有するブロモスタンニレンは臭素原子がスズ原子間を架橋した二量体構造を形成することを明らかにした。また、比較的かさの大きなMPind基を有するジアリールスタンニレンと種々の酸素源との反応による「スタンナノン」の合成について調査した結果、亜酸化窒素(N2O)ガスを酸素源とした場合に反応が定量的に進行することを突き止めた。生成したスタンナノンのスズー酸素二重結合は電気陰性度の差に基づき高度に分極しており、グローブボックス内の僅かな二酸化炭素と反応して環状化合物を与えた他、系中のごく微量の水分とも瞬時に反応して対応するジオール体を与えた。また平成28年度は、さらに高度に分極した鉛ー酸素二重結合化学種「プルンバノン」の合成に向けて、かさ高いRind基を有する鉛二価化学種「ジアリールプルンビレン」の合成を行った。高周期14族元素ー酸素二重結合化学種(重いカルボニル化合物)として、スズー酸素二重結合化学種「スタンナノン」の合成に成功しているものの、合成したスタンナノンは極めて反応性が高く純粋な単結晶を作製することが難しい状況にある。現在のところ、スタンナノンの単結晶X線構造解析は、水分子が反応したジオール体とのディスオーダーとして解析結果が得られている。また、鉛ー酸素二重結合化学種「プルンバノン」の前駆体として、鉛二価化学種「ジアリールプルンビレン」の合成に成功しているものの、熱安定性が乏しく、室温では固体状態でも分解することがわかった。今後、プルンバノンに合成変換するためには、より熱的に安定なジアリールプルンビレンを開発する必要がある。

以上のように、合成ターゲットである「高周期14族元素ー酸素二重結合化学種」は電気陰性度の差に基づき高度に電荷分離した非常に反応活性な結合である。安定小分子の活性化など目標とする反応性を開拓するためには、立体保護基であるRind基のより精密なかさ高さの調整が必要な状況にある。本研究では、高周期14族元素ー酸素二重結合化学種を創製し、小分子の活性化などの反応性の開拓を通して、典型元素化合物に関する先駆的な研究成果を格段に発展させることを目的とする。独自に開発した嵩高い「縮環型立体保護基(Rind基)」を駆使することで、シラノンやゲルマノン、スタンナノンなどの新しい典型元素不飽和化学種を合成する。それらの分子構造や化学結合について解明するとともに、高度に分極した結合電子に由来する特異な反応性を探究することを目標とする。平成29年度は、種々のRind基(EMind基、Eind基、MPind基)を有するゲルマニウム二価化学種「ジアリールゲルミレン」を系統的に合成し、それらの分子構造をX線結晶構造解析により決定するとともに、電子構造を分光学的手法と理論計算により明らかにした。また、ジアリールゲルミレンとジクロロゲルミレン・ジオキサン錯体との配位子再分配反応を調査し、種々の「ジハロジゲルメン」を合成して結晶構造を解明するとともに、溶液中においてGe=Ge二重結合が解離した「ハロゲルミレン」として存在することを各種分光法により突き止めた。また、ハロゲルミレンとアルカリ金属塩との反応により「ゲルミレノイド」が生成することを見いだし、その分子構造を明らかにした。また平成29年度は、嵩高いEind基によって安定化されたゲルマニウムー酸素二重結合化学種である「ゲルマノン」の電子密度分布解析を行い、高度に分極したパイ結合と特異な水素結合の存在について明らかにするとともに、熱反応について調査した。独自に開発した「縮環型立体保護基(Rind基)」の導入により、「高周期14族元素ー酸素二重結合化学種」の合成について調査した。前駆体として一連の高周期14族元素二価化学種である「ジアリールテトレリン」を系統的に合成し、それらの分子構造や電子物性について実験化学と理論化学の両面から解明した。前例のない「スズー酸素二重結合化学種」である「スタンナノン」の合成に成功し、分光学的手法や結晶学的手法を用いてキャラクタリゼーションするとともに、種々の基質との反応性について調査した。「ジアリールシリレンの合成と構造」「ゲルマノンの酸素原子移動反応」「スタンナノンの合成と構造」に関する研究成果のとりまとめを行うとともに、未踏の「シラノン」や「プルンバノン」の合成にアタックする。高周期14族元素二価化学種「メタリレン」と16族元素源との反応を系統的に調査することで、従来にない「重いカルボニル化合物」の創製にチャレンジする。また、高度に電荷分離した二重結合に由来する特異な反応性について探究する。かさ高いRind基を有する一連の14族元素二価化学種「ジアリールテトリレン」に関する研究成果のとりまとめを行う。分光学的手法や結晶構造解析などの実験化学だけでなく、DFT計算などの理論化学とインタープレイすることで、分子構造や電子物性に関する総合的な理解をすすめる。Rind基のかさ高さをより精密に調節するとともに、スタンナノンやプルンバノンの合成実験条件をより厳密にすることで、純粋な化合物として単離することを目指す。高度に電荷分離した二重結合に由来する特異な反応性について探究する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
アームを有する2台の移動ロボットによる協調作業に関する研究

1台のロボットでできない作業は複数のロボットで協調して行う必要がある.本研究は,2台の移動ロボットにより長尺パイプを設置された状態から取り外し,所定の経路を通って指定の場所まで搬送し,指定された位置に取り付けるという一連の具体的作業を設定し,その実現に必要なさまざまな問題を解決することを目的とし,以下の結果を得ている.(1) 2台の移動ロボットにより一連の作業(取り外し,搬送と取り付け)を行うシステムの概念設計を行った.まず一連の作業について解析を行い,2台の移動ロボットによる協調作業を前提としたマニピュレーション機能,移動機能を検討した.そして,各機能を実現でき,かつ簡単なシステムとして2輪独立駆動式の移動部と能動/受動切り替え可能な関節を有するマニピュレータからなる移動マニピュレータシステムを提案し,協調制御を考慮してマニピュレータの自由度の数と関節配置方法を決めた.(2)5自由度の能動/受動切り替え可能な関節を有するマニピュレータと2輪独立駆動式の移動部からなる移動マニピュレータを設計し,試作した.能動/受動切り替え関節において,電磁クラッチを用いて切り替えを行い,受動時にも各関節の各位置を知るために関節軸にエンコーダも取り付けている.(3)開発した1台の移動マニピュレータと人間の協調により,本研究で設定した一連の作業実験を行った.新たに開発した運動計画ソフトウエアにより移動マニピュレータの軌道を生成し,これらの作業を行う.受動関節により各作業中の位置誤差を吸収し,受動関節の変位に基づき移動マニピュレータの軌道修正を行う制御アルゴリズムを提案した.これらにより,人間との協調によりこの一連の作業を簡単な制御方法で成功させた.今後,以上の成果に基づき2台の移動マニピュレータによる作業実験を行っていく予定である.1台のロボットでできない作業は複数のロボットで協調して行う必要がある.本研究は,2台の移動ロボットにより長尺パイプを設置された状態から取り外し,所定の経路を通って指定の場所まで搬送し,指定された位置に取り付けるという一連の具体的作業を設定し,その実現に必要なさまざまな問題を解決することを目的とし,以下の結果を得ている.(1) 2台の移動ロボットにより一連の作業(取り外し,搬送と取り付け)を行うシステムの概念設計を行った.まず一連の作業について解析を行い,2台の移動ロボットによる協調作業を前提としたマニピュレーション機能,移動機能を検討した.そして,各機能を実現でき,かつ簡単なシステムとして2輪独立駆動式の移動部と能動/受動切り替え可能な関節を有するマニピュレータからなる移動マニピュレータシステムを提案し,協調制御を考慮してマニピュレータの自由度の数と関節配置方法を決めた.(2)5自由度の能動/受動切り替え可能な関節を有するマニピュレータと2輪独立駆動式の移動部からなる移動マニピュレータを設計し,試作した.能動/受動切り替え関節において,電磁クラッチを用いて切り替えを行い,受動時にも各関節の各位置を知るために関節軸にエンコーダも取り付けている.(3)開発した1台の移動マニピュレータと人間の協調により,本研究で設定した一連の作業実験を行った.新たに開発した運動計画ソフトウエアにより移動マニピュレータの軌道を生成し,これらの作業を行う.受動関節により各作業中の位置誤差を吸収し,受動関節の変位に基づき移動マニピュレータの軌道修正を行う制御アルゴリズムを提案した.これらにより,人間との協調によりこの一連の作業を簡単な制御方法で成功させた.今後,以上の成果に基づき2台の移動マニピュレータによる作業実験を行っていく予定である.本年度は、2台の移動マニピュレータにより一連の作業(持ち上げ、搬送、取り付けなど)を行うシステムの概念設計を行い、その全体構成及び搬送作業を安定かつ効率よく行うための受動/能動可変式マニピュレータの機構構成を検討し、障害物検出センサについての実験的な研究を行った。その結果、(1)パイプの持ち上げ、搬送、取り付けなどの作業について分類し、それに必要な機能として、2台の移動ロボットの協調制御を前提としたマニピュレーション機能、移動機能、障害物回避機能が挙げられる。以上の機能を実現でき、かつ簡単なシステムとして、2輪独立駆動式の移動部分と受動/能動可変式マニピュレータ部分からなる移動マニピュレータシステムを提案し、2台の移動マニピュレータの協調制御を考慮した場合取り付けなどの作業にマニピュレータの必要な能動関節の数と配置を検討した。(2)2台の2輪独立駆動式の移動ロボットの協調制御によりパイプの搬送作業を安定かつ効率よく行うために、パイプの搬送に必要な平面3自由度ホロノミックな運動、移動マニピュレータ間の位置誤差や干渉内力を吸収できる移動マニピュレータの必要な受動関節の数を検討し、受動関節の配置を考案した。この結果と(1)の結果に基づき、これから移動マニピュレータの詳細設計を行う予定である。(3)障害物回避の検出センサとして、複数の送受信器を持ち、異なる送受信の組み合わせにより障害物の検出分解能を高めることのできる超音波センサシステムを試作し、実験によりその有用性を確認することができた。本年度は、2台の移動マニピュレータにより一連の作業(持ち上げ、搬送、取り付けなど)を行うシステムにおいて、受動/能動切替式マニピュレータの詳細設計と試作を行い、ソナーリングを用いた障害物の拘束検出法の提案と実験的な研究、移動マニピュレータの自己位置を計測するためのランドマークシステムの開発を行った。その結果、(1)マニピュレータと移動部の協調制御を考慮して、各マニピュレータの関節数を5とし、協調作業に適した関節配置を決めた。試験的に5関節全てを受動/能動切替関節にし、受動/能動の切替機構として、電磁クラッチを用いた。

受動時の各関節の角度を計測できるように、各関節の駆動モータ内蔵のエンコーダとは別に関節軸に直接エンコーダを取り付けた。この5自由度受動/能動切替式マニピュレータの制御系を設計、製作し実際に動作実験を行い、試作したマニピュレータの有効性を確認できた。現在、移動ロボットに搭載し、基本性能を実験的に調べている。(2)ソナーリングにおいて、スキャンなどにかかっている時間を短縮するために複数のセンサを同時にファイリングし、各センサで受信した距離データを取り込む。次にニューラルネットワークを用いて取り込んだデータ中のクロストークデータを排除し、ロボット周辺の障害物までの距離データを得る。これを実現するソナーリングシステムを実際に試作し、実験を行った結果、通常のソナーリングに比べて810倍の検出速度を得ることができた。(3)ランドマークの偏光フィルム上に形成されたパターンと基準点を読み取ることにより、ロボットの絶対位置と姿勢を計測できるシステムを開発し、移動制御に必要な精度を実現できた。このシステムを併用することにより、従来のデッドレコニングの誤差累積問題を解決することができる。本年度は,2台の移動マニピュレータによる一連の作業(取り外し,搬送と取り付けなど)を行うシステムにおいて,(1)試作した受動/能動切替式移動マニピュレータの性能実験,2台目の移動マヌピュレータの設計・試作および2台の受動/能動切替式移動マニピュレータによる一連の作業の実験,(2)開発したランドマークシステムを用いた移動ロボットの走行実験を行った.その結果,1) 1台目の受動/能動切替式移動マニピュレータのシステムを完成させ,位置決め実験,パイプの取り外し実験とパイプの搬送実験を行い,本方式の移動マニピュレータを用いると受動関節の誤差吸収による内力の低減効果と安定な作業ができることを確認できた.また,これらの実験結果を考慮して2台目の移動マニピュレータの設計と試作を行い,現在2台の受動/能動切替式移動マニピュレータによる一連の作業の実験を行っている.2)開発したランドマークシステムを用いて移動ロボットの移動誤差を補正することにより,ランドマーク間隔6.5mに設置した場合,30mm以下の移動誤差で走行できることを確認した.
相変態およびひずみの効果に着目した鉄系超伝導線材開発

鉄系超伝導体FeSeの超伝導線材を作製する新しい手法として構造相変態PIT法を開発した.六方晶FeSe1.2を前駆体として用い,高温下で鉄シースと反応させることで超伝導を示す正方晶FeSeへと構造相変態させることを実現した.これにより高密度コアを持つFeSe系超伝導線材を作成する最適な手法を開発した.また,研究期間中に新しいBiS2系超伝導体(Bi4O4S3とREOBiS2系)を発見し,多くの類似超伝導体が発見されている.鉄系超伝導体FeSeの超伝導線材を作製する新しい手法として構造相変態PIT法を開発した.六方晶FeSe1.2を前駆体として用い,高温下で鉄シースと反応させることで超伝導を示す正方晶FeSeへと構造相変態させることを実現した.これにより高密度コアを持つFeSe系超伝導線材を作成する最適な手法を開発した.また,研究期間中に新しいBiS2系超伝導体(Bi4O4S3とREOBiS2系)を発見し,多くの類似超伝導体が発見されている.本研究は2008年に発見された新しい高温超伝導体である鉄系超伝導体を用い,高性能な超伝導線材を作成する手法を開発することを目的としている.鉄系超伝導体は上部臨界磁場が非常に高く,強磁場下での超伝導応用に期待が寄せられている.本研究で対象とする鉄カルコゲナイド系(FeSe系,FeTe系)は,鉄系超伝導体の中で最も単純な結晶構造と組成を持ち,さらに超伝導異方性が非常に低いことから,応用の有力な候補である.本研究は,構造相変態およびひずみの効果に着目した鉄カルコゲナイド系線材化手法の開発を目的とする.鉄系超伝導体の中で毒性の低い鉄カルコゲナイド系超伝導線材を簡便なプロセスで作成でき,さらにその特性が実用化レベルに達すれば,強磁場下での超伝導線材応用を担う材料となることが期待できる.平成23年度の研究成果として,構造相変態を駆使したFeSe超伝導線材の高密度コア化を実現する新手法を開発した.FeSe超伝導線材の従来の作製法(Fe拡散法)では完成した線材のコアに空洞ができる現象が観測されていた.この問題点を解決するために,線材焼成過程でコアが膨張する化学変化に着目した手法を開発した.線材焼成前にFeシース内に密度が高くFeに対してSeが過剰な組成の六方晶FeSe1+xを充てんする.熱処理により六方晶FeSe1+xとシースのFeが化学反応を起こし,体積膨張を伴う超伝導コア(正方晶相のFeSe)を実現する.実際に得られたFeSe線材は高密度コアを持ち,さらに熱処理温度の最適化からJc>600A/cm2の臨界電流密度を観測した.この値は実用化レベルにはまだ及ばないが,FeSe系線材として二番目に高い値である.今後の作成手法最適化,ピンニングセンター導入など改良点を加えていくことでJc>100000A/cm2の実現を目指す.平成24年度は,FeSeだけでなくより高い超伝導転移温度を持つFe(Te,Se)系に関しても,構造相変態法をはじめとした様々なPIT法により超伝導線材作製を試みた.その結果,Fe(Te,Se)系では構造相変態PIT法により最適な超伝導特性を得られることが判明した(ISS2012国際会議および卒業研究として発表).今後,構造相変態法によりさまざまなコア組成を持ったFe(Te,Se)超伝導線材を作製し,コアの構造解析および臨界電流密度評価を行っていく.テーマとして設定した"相変態"を取り入れた新規鉄系超伝導線材作製手法を平成23年度に開発でき,平成24年度の研究でさらなる特性向上を期待できるため.24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度に開発した"構造相変態PIT法"を用いてFeSe系超伝導線材の高性能化を目指す.具体的には現在用いている鉄シースの代わりに銀シースなどを用いた展開や,多芯化,ピンニングセンターの導入などを検討し,本手法に最適な線材化条件を見出す.また,これまでに導入していなかった評価法として,線材コアの密度(硬さ)を測定し,線材化プロセスの最適化を目指す.24年度が最終年度であるため、記入しない。
タンパク質構造転移の多層性

Streoptomyces subtilisin inhibitor(SSI)というタンパク質の存在状態が、温度、pHによってどう変わるかを示す相図を作成した。これは、円二色性(CD)装置を用い、タンパク質の二次構造を反映する遠紫外領域、および三次構造を反映する近紫外領域の測定を、温度、pHを変化させて行うことで得たものである。この結果、SSIの構造転移について以下のことが明らかになった。1,native構造は、室温から温度を上げた場合だけでなく、下げた場合にも壊れる。後者即ち低温変性は、以前報告されたような特殊なものではなく、タンパク質に一般的なメカニズムおよび熱力学的量を示した。2,ところが、1で述べた一般的な低温変性が起こった後に、native構造とは全く異なった三次構造および熱力学量をもった状態(D′)を新たに形成する。3,pH2.4以下では、D′状態から温度を上げると、三次構造はほとんど高温変性構造と同等に壊れているが、二次構造は半分程度しか壊れていない中間状態となる1段目の転移と、引き続き高度に変性する2段目の転移が起こる。熱力学量を得るプログラムでの解析と併せて、この2段目の転移は1次の相転移ではないと考えられた。さらに詳細な情報を得るため、SSI中の窒素を15Nで標識し、窒素と水素の2次元相関核磁気共鳴(NMR)測定をpH1.5で温度を変えて行った。この結果、D′状態では相当量の明確な3次構造が存在すること、この構造が20°C以上ではほぼ消滅することなどがわかり、CDの結果をさらに高い空間分解能で支持することができた。
マイクロプロ-ブ・オ-ジェ電子回折法による金属/半導体多層膜の研究

1.下地Si(111)表面の平滑性本研究では多層膜形成の下地として,Si(111)やSi(001)表面を用いるので,それら表面の平滑性を知ることが重要である。そこで,マイクロプロ-ブ・オ-ジェ電子回折法の一応用である超高真空走査電子顕微鏡(UHVーSEM)により,下地表面のステップを直接観察する以下のような方法を考察した。(1)下地Si(111)表面の清浄化とSi(111)7×7周期のマイクロプロ-ブRHEEDによる確認。(2)下地を約250°Cに保ってInを0.2原子層蒸着。(3)UHVーSEM観察。これにより下地Si(111)表面のステップが直接検出できることを見いだした。この方法を用いて本研究で用いたSi(111)7×7表面の平滑性を調べた結果,3.1A^^°のシングルステップと9A^^°のトリプルステップが存在し,平滑な部分の広がりは1μm^2程度であることが分かった。2.In/Si(111)初期界面の構造In/Siの多層膜形成の前段階として,In/Si(111)初期界面の構造をマイクロプロ-ブ・オ-ジェ電子回折法を用いて調べた。In/Si(111)初期界面としては,√<3>×√<3>ーIn表面と4×1ーIn表面が存在するが,√<3>×√<3>ーIn表面の構造はかなり良く分かっている。一方,4×1ーIn表面の構造はほとんど分かっていない。4×1ーIn表面からのIn MNNオ-ジェ電子のマイクロプロ-ブ・オ-ジェ電子回折パタ-ンを測定し,運動学解析を行うことによって,4×1ーIn表面上のIn原子配列についての情報を得た。
含窒素環状化合物の新規合成法を基盤としたインドールアルカロイドの合成研究

本年度は、新たな骨格転移反応を用いた二量体型アルカロイド、ハプロファイチンの左部4環性骨格のモデル化合物の構築に成功した。また、ハプロフィチンの右部を構成しているアスピドファイチンに関して、Fisherインドール合成法を用いる全合成を達成することができた。前者については、まず、文献既知のテトラヒドロ-β-カルボリン誘導体から1,2-ジアミノエテン構造を有する基質を合成した。この化合物をmCPBAで処理したところ、二重結合のエポキシ化と続く窒素原子からの電子供与による位置選択的なエポキシドの開環、ピナコール転移と類似の骨格転移反応が進行し、アミナールと架橋ケトン部を有するハプロファイチンの左部4環性骨格の構築に成功した。位置選択的なエポキシドの開環には窒素の保護基の選択が重要であり、ニトロベンゼンスルホニル基では骨格異性体の混合物が生成したのに対し、Cbz基を有する基質は選択的に望みの生成物を与えた。なお、生成物の構造は、Cbz基を脱保護した後、N-メチル化を行って得た化合物のX線結晶構造解析を行うことにより決定した。また、アスピドフィチンの合成について、ダンジェロらの不斉共役付加反応を用いて合成した光学活性3環性ケトンのFischerインドール合成法を鍵工程とする全合成を達成することができた。以上の検討により、上記、骨格転移反応を用いて合成したハプロファイチンのモデル化合物の誘導体に対してFisherインドール合成を適用することで右部アスピドファイチン部の構築を行い、ハプロファイチンの合成を行う合成戦略の実現性を示すことができた。本年度は、抗腫瘍性構成物質であるヤタケマイシンの合成研究を中心にして検討を行った。ヤタケマイシンの2つのペプチド結合を逆合成的に切断して得られる3つのセグメントを、それぞれに含まれるsp2炭素-窒素結合を独自のヨウ化銅と酢酸セシウムを用いた芳香族ハロゲン化物の分子内アミノ化反応により形成する合成を試みた。まず、ジエノンシクロプロパン骨格を有する中央部セグメント環上に2級ヒドロキシル基を有するテトラヒドロキノリンへと逆合成した。この化合物の光学活性体の合成は、2,6-ジブロモヨードベンゼン誘導体のヨウ素選択的リチオ化により生成させたリチオ体とエピクロロヒドリンとの反応により合成した。窒素官能基の導入の後芳香族アミノ化を行いテトラヒドロキノリン環を形成した。さらに、残りのブロモ基へのデヒドロアラニンをHeck反応により導入し、ベンゼン環上へのブロモ化を経て、インドール骨格を再び銅触媒を用いた芳香族アミノ化を用いて形成し中央部フラグメントの合成を完了した。左部フラグメントについては、文献既知のジメトキシテトラヒドロイソキノリン誘導体をジブロモ化し、ジヒドロキソキノリン誘導体へと酸化を経た後にヘミアミナール誘導体へと誘導し、還元的開環を行って環化誘導体へと導いた。ここで、芳香族アミノ化反応を行い、Horner-Emmons反応によるデヒドロアミノ酸部分の構築と芳香族アミノ化、ヤタケマイシンに特徴的なチオールエステルへの変換を経て三環性骨格を含む左部セグメントを合成した。右部セグメントについても分子内芳香族アミノ化反応を用いて構築し、現在、それらセグメントの結合と全合成について最適化を行っている。本年度は、高い抗腫瘍性を示すヤタケマイシンの全合成を達成した。ヤタケマイシンの2つのペプチド結合を逆合成的に切断して得られる3つのセグメントについては、昨年の研究によって合成法を確立することができたので、本年度は確立された合成法に従って3つのセグメントのグラムスケールでの合成を行い、それらの縮合反応を含む全合成達成に向けた研究を行った。その結果、まず、中央部セグメントのピペリジン環部分と右フラングメントのカルボン酸を酸クロリドとして活性化したものを縮合した。得られた化合物のメチルエステルを加水分解し、同時にシリル保護の脱保護された中央部の第2級アルコール部分を最終段階でのシクロプロパン環の形成に備えてメシラートとした。続いて、チオールエステル基を有する左セグメントのインドリン窒素の保護基であるFmoc基をテトラブチルアンモニウムフロリドで除去した後、単離精製せずに中央、右セグメントのカップリング体と縮合させ、3つのセグメントが縮合した化合物を高収率で得ることができた。続く、右部、中央部のフェノールの保護基であるベンジル基の除去は、困難を極めたが、ペンタメチルベンゼンの存在下三塩化ホウ素で処理する条件を見いだし、他の官能基を損なわずに高収率で脱ベンジル化を行うことができた。最後にDMF水混合溶媒中、重曹での処理によって、シクロプロパン環を形成しヤタケマイシンの世界で2番目の全合成を達成した。

位置選択的なエポキシドの開環には窒素の保護基の選択が重要であり、ニトロベンゼンスルホニル基では骨格異性体の混合物が生成したのに対し、Cbz基を有する基質は選択的に望みの生成物を与えた。なお、生成物の構造は、Cbz基を脱保護した後、N-メチル化を行って得た化合物のX線結晶構造解析を行うことにより決定した。また、アスピドフィチンの合成について、ダンジェロらの不斉共役付加反応を用いて合成した光学活性3環性ケトンのFischerインドール合成法を鍵工程とする全合成を達成することができた。以上の検討により、上記、骨格転移反応を用いて合成したハプロファイチンのモデル化合物の誘導体に対してFisherインドール合成を適用することで右部アスピドファイチン部の構築を行い、ハプロファイチンの合成を行う合成戦略の実現性を示すことができた。
スピネルフェライトによるスピンフィルタ型スピン源の作製

本研究ではこの高いスピン偏極電流を実現するための手段として、非磁性金属/強磁性絶縁体/強磁性金属という構造をもつスピンフィルタ型トンネル抵抗(TMR)素子の開発を行った。スピンフィルタでは、非磁性電極から強磁性絶縁層をへて強磁性電極に電子がトンネルする構造になる。強磁性絶縁層をトンネルする電子が感じる障壁高さは、スピンの向きに依存して異なるため、この強磁性絶縁体を抜けたスピン依存トンネル電流は、100%近く偏極するはずである。本研究では、優れた絶縁体であり、室温よりも高いキュリー温度(Tc=848K)をもつマグヘマイト(γ-Fe_2O_3)に着目しこれを障壁層に用いた(全エピタキシャルな)スピンフィルタ型MTJを作製し、電気伝導特性を評価することを目的とし研究を行った。まずγ・Fe_2O_3が成長するような金属表面の探索を行った。いろいろな下部電極材料を試みたが最終的には、TiN(001)上にγ-Fe_2O_3(001)を成長させることで良好な膜が得られることが分かった。さらにMgO (subst.) /TiN (100nm) /γ-Fe2O3 (3.6nm)/A1203 (1nm) /Fe(10nm) /Au(20nm)の構造の素子を作製し、室温で2%のTMRが観測された。素子抵抗と素子面積の比(RA)は、γ-Fe203膜厚ともに指数関数的に増加し、また電流電圧特性は明瞭な非線型性を示しており、この伝導がトンネル的なものであると理解できる。さらにTMRのバイアス依存性も観測された。現時点では小さなTMRであるが、今後成膜条件の最適化をおこなうことでより大きなMRが得られるものと期待している。
遠赤外線加熱を受ける合成繊維集合体の伝熱特性と溶融挙動

合成繊維屑の再利用(リサイクル)システムの構築の一環として、繊維屑集合体の表面近傍のみを遠赤外線により加熱溶融した後、圧縮固化させることによって内部に繊維層をもった断熱性に優れた板材を成形する手法の確立を目的とし、本研究ではとくに表面プラスチック固化層の成形性を左右する遠赤外線加熱下の合成繊維屑集合体内部の伝熱特性と繊維屑の溶融挙動を明確にした。具体的には上部が開放された金型内に繊維集合体を挿入し、加熱炉内において上部から遠赤外線ヒタ-で加熱溶融し、そのときの繊維集合体内の温度場の時間的変動および溶融挙動に及ぼす加熱時間、加熱温度、金型温度、繊維集合体の初期みかけ密度などの影響を考察した。繊維屑としては合成繊維織物の織り工程で大量に発生するひも状のポリエステルを用いた。実験の結果、加熱温度を高くすると所定量の溶融に必要な時間は短縮されるが、短時間での金型温度の上昇が追従せず、この場合も金型周りの繊維屑の溶融が悪くなるとともに高温による樹脂の焼けが生じる問題点が生じた。そこで一例として金型厚みを薄くすることを試みた結果、迅速な金型温度上昇が得られ、短時間の均一溶融化が可能になった。その他、加熱温度と加熱時間が同じである場合、溶融量は金型設置時の繊維屑集合体のみかけ密度に依存しないことも明らかになった。さらに、板材の断熱性能向上と軽量化を計るために、表面層にガラス繊維入りペレット樹脂を配置し、表面の複合材料化を試みた。この場合も均一な溶融が得られたがガラス繊維束内への樹脂の含浸が悪いと成形品の強度に問題が生じることが明らかになった。繊維屑としては合成繊維織物の織り工程で大量に発生するひも状のポリエステルを用いている。実験の結果、本加熱方式では遠赤外線加熱によって繊維集合体表面温度は急激に上昇するものの金型温度の上昇が追従せず、したがって、金型周りの繊維屑の溶融状態が悪くなることがわかった。この問題の解決策として補助ヒ-タにより周囲雰囲気温度を上昇させることによって金型温度の上昇割合を増加させた。その結果、金型周りの繊維屑の溶融が進み、溶融の均一化がはかれることが明らかになった。しかし、加熱温度を高くすると所定量の溶融に必要な時間は短縮されるが、短時間での金型温度の上昇が追従せず、この場合も金型周りの繊維屑の溶融が悪くなるとともに高温による樹脂の焼けが生じる問題点が生じた。したがって、繊維屑集合体の温度上昇に追従する金型設計が必要になる。

合成繊維屑の再利用(リサイクル)システムの構築の一環として、繊維屑集合体の表面近傍のみを遠赤外線により加熱溶融した後、圧縮固化させることによって内部に繊維層をもった断熱性に優れた板材を成形する手法の確立を目的とし、本研究ではとくに表面プラスチック固化層の成形性を左右する遠赤外線加熱下の合成繊維屑集合体内部の伝熱特性と繊維屑の溶融挙動を明確にした。具体的には上部が開放された金型内に繊維集合体を挿入し、加熱炉内において上部から遠赤外線ヒーターで加熱溶融し、そのときの繊維集合体内の温度場の時間的変動および溶融挙動に及ぼす加熱時間、加熱温度、金型温度、繊維集合体の初期みかけ密度などの影響を考察した。繊維屑としては合成繊維物の織り工程で大量に発生するひも状のポリエステルを用いた。実験の結果、加熱温度を高くすると所定量の溶融に必要な時間は短縮されるが、短時間での金型温度の上昇が追従せず、この場合も金型周りの繊維屑の溶融が悪くなるとともに高温による樹脂の焼けが生じる問題点が生じた。そこで一例として金型厚みを薄くすることを試みた結果、迅速な金型温度上昇が得られ、短時間の均一溶融化が可能になった。その他、加熱温度と加熱時間が同じである場合、溶融量は金型設置時の繊維屑集合体のみかけ密度に依存しないことも明らかになった。さらに、板材の断熱性能向上と軽量化を計るために、表面層にガラス繊維入りペレット樹脂を配置し、表面の複合材料化を試みた。この場合も均一な溶融が得られたがガラス繊維束内への樹脂の含浸が悪いと成形品の強度に問題が生じることが明らかになった。
T字形合流配管における高・低温流体の混合過程と流動場の構造に関する研究

管路途中で枝管が主管に接合されている合流配管において,主管と枝管を流れる流体の温度が異なる場合には混合により温度ゆらぎが生じ,それが管壁に到達して高サイクルの熱疲労を与えるサーマルストライピングが発生することが知られており,原子炉などの安全性において重要な問題となっている.合流部の下流では,縦渦・はく離・再付着,再循環などを伴った複雑な3次元・非定常流が現れ,その結果,高・低温流体の混合プロセスも複雑なメカニズムを有すると考えられる.本研究の目的は,高温流体と低温流体が合流する合流配管内において,流れ場と温度場に関する詳細な実験を行い,流動場の構造と高・低温流体の混合過程,および熱疲労の発生するメカニズムを解明することにある.具体的には,流動系として互いに対向する2本の管が直角に接続された1本の管に合流する対向型T形合流配管を取り上げ,非定常流動場の計測に不可欠なダイナミックPIVシステムの構築・確立とそれによる瞬時速度場の時系列計測,ならびに熱輸送と物質輸送の相似性に基づきレーザ誘起蛍光法(PLIF)による瞬時濃度場の時系列計測を実施した.前者の流動計測では,2本の対向管内の流れが合流した界面に形成される強い速度変動,合流部直後に生じる大規模なはく離泡,合流管断面における複雑な縦渦の分布特性を明らかにすることができた.また,固有直交展開を用いて,合流界面の速度揺らぎや,はく離泡周りのせん断層における渦放出などの組織的構造とその非定常特性を抽出することができた.後者の濃度場計測では,合流界面において強い速度変動に対応した高い濃度変動が生じ,それが合流管の接合部付近に到達してサーマルストライピングを引き起こす可能性があること,また合流管断面内に誘起される縦渦により物質が輸送され,下流域では当初高濃度流体が流れていた管とは逆側で濃度が高くなることなどが明らかになった.管路途中で枝管が主管に接合されている合流配管において,主管と枝管を流れる流体の温度が異なる場合には混合により温度ゆらぎが生じ,それが管壁に到達して高サイクルの熱疲労を与えるサーマルストライピングが発生することが知られており,原子炉などの安全性において重要な問題となっている.合流部の下流では,縦渦・はく離・再付着,再循環などを伴った複雑な3次元・非定常流が現れ,その結果,高・低温流体の混合プロセスも複雑なメカニズムを有すると考えられる.本研究の目的は,高温流体と低温流体が合流する合流配管内において,流れ場と温度場に関する詳細な実験を行い,流動場の構造と高・低温流体の混合過程,および熱疲労の発生するメカニズムを解明することにある.具体的には,流動系として互いに対向する2本の管が直角に接続された1本の管に合流する対向型T形合流配管を取り上げ,非定常流動場の計測に不可欠なダイナミックPIVシステムの構築・確立とそれによる瞬時速度場の時系列計測,ならびに熱輸送と物質輸送の相似性に基づきレーザ誘起蛍光法(PLIF)による瞬時濃度場の時系列計測を実施した.前者の流動計測では,2本の対向管内の流れが合流した界面に形成される強い速度変動,合流部直後に生じる大規模なはく離泡,合流管断面における複雑な縦渦の分布特性を明らかにすることができた.また,固有直交展開を用いて,合流界面の速度揺らぎや,はく離泡周りのせん断層における渦放出などの組織的構造とその非定常特性を抽出することができた.後者の濃度場計測では,合流界面において強い速度変動に対応した高い濃度変動が生じ,それが合流管の接合部付近に到達してサーマルストライピングを引き起こす可能性があること,また合流管断面内に誘起される縦渦により物質が輸送され,下流域では当初高濃度流体が流れていた管とは逆側で濃度が高くなることなどが明らかになった.管路途中で支管が主管に接合されている合流管において,主管と支管を流れる流体の温度が異なる場合には,混合により温度ゆらぎが生じ,それが管壁に到達して高サイクルの熱疲労を与えるサーマルストライピングが発生することが知られている.合流部下流においては,縦渦,はく離・再付着,再循環,大規模変動などを伴った複雑な3次元・非定常流が現れ,その結果,高・低温流体の混合プロセスも非常に複雑なメカニズムを有する考えられる.本研究の目的は,高温流体と低温流体が合流する合流配管内において,流れ場と温度場に関する詳細な実験を行い,流動場の構造と高・低温流体の混合過程,および熱疲労の発生するメカニズムを解明することにある.本年度は,実験流路系の設計・製作に加えて,本研究で測定対象とする非定常流動場の計測に不可欠な時系列PIVシステムの構築・確立とそれによる非定常流計測,ならびに逆流を伴う流動場に適用可能なLDVと抵抗線温度計を組み合わせた速度・温度同時計測システムの開発とそれを用いた2次元高温・低温並行せん断流の乱流熱拡散計測を実施した.前者の流動計測では,デジタルハイスピードビデオとレーザーシートを用いた時系列PIVシステムを構築し,代表的な非定常流であるブラフボディの後流を計測してその有効性を確認した.また,PIVにより得られた速度データから,PODを用いて流れのはく離や渦放出の非定常性や組織構造を抜き出す手法を確立し,実際の計測に応用した.後者の温度場計測では,LDVからの離散的速度信号と抵抗線からの温度信号とを同期させ,抵抗線の熱慣性に起因した温度信号のゲイン低下と位相遅れを補償しながら速度と温度を同時計測するシステムを完成させた.このシステムを,単純な乱流混合系である2

次元高温・低温並行せん断流の乱流熱流束計測に適用し,高温流体と低温流体の詳細な乱流混合過程を明らかにした.管路途中で枝管が主管に接合されている合流配管において,主管と枝管を流れる流体の温度が異なる場合には混合により温度ゆらぎが生じ,それが管壁に到達して高サイクルの熱疲労を与えるサーマルストライピングが発生することが知られており,原子炉などの安全性において重要な問題となっている.合流部の下流では,縦渦,はく離・再付着,再循環などを伴った複雑な3次元・非定常流が現れ,その結果,高・低温流体の混合プロセスも複雑なメカニズムを有すると考えられる.本研究の目的は,高温流体と低温流体が合流する合流配管内において,流れ場と温度場に関する詳細な実験を行い,流動場の構造と高・低温流体の混合過程,および熱疲労の発生するメカニズムを解明することにある.具体的には,流動系として互いに対向する2本の管が直角に接続された1本の管に合流する対向型T形合流配管を取り上げ,非定常流動場の計測に不可欠なダイナミックPIVシステムの構築・確立とそれによる瞬時速度場の時系列計測,ならびに熱輸送と物質輸送の相似性に基づきレーザ誘起蛍光法(PLIF)による瞬時濃度場の時系列計測を実施した.前者の流動計測では,2本の対向管内の流れが合流した界面に形成される強い速度変動,合流部直後に生じる大規模なはく離泡,合流管断面における複雑な縦渦の分布特性を明らかにすることができた.また,固有直交展開を用いて,合流界面の速度揺らぎや,はく離泡周りのせん断層における渦放出などの組織的構造とその非定常特性を抽出することができた.後者の濃度場計測では,合流界面において強い速度変動に対応した高い濃度変動が生じ,それが合流管の接合部付近に到達してサーマルストライピングを引き起こす可能性があること,また合流管断面内に誘起される縦渦により物質が輸送され,下流域では当初高濃度流体が流れていた管とは逆側で濃度が高くなることなどが明らかになった.
バルクの電磁気的熱的挙動解明に基づくバルク応用回転機の課題解決法の研究

超伝導バルクの回転機応用の実用化で問題となる,回転機特有の変動磁界によるバルクの捕捉磁束への影響について解析と実験より検討を行った.実験においては,製作した試験装置を用いて変動磁界を発生させ交流損失の観点から検討を行い,これらの変動磁界がバルクの捕捉磁束に一定の影響がある見通しを得た.また,バルク捕捉磁束減衰抑制のためのシールドコイルの効果的な配置により十分な抑制効果が得られることを明らかにした.超伝導バルクの回転機応用の実用化で問題となる,回転機特有の変動磁界によるバルクの捕捉磁束への影響について解析と実験より検討を行った.実験においては,製作した試験装置を用いて変動磁界を発生させ交流損失の観点から検討を行い,これらの変動磁界がバルクの捕捉磁束に一定の影響がある見通しを得た.また,バルク捕捉磁束減衰抑制のためのシールドコイルの効果的な配置により十分な抑制効果が得られることを明らかにした.平成21年度の研究実績は以下の通りである.1.高温超伝導バルクの応用回転機実用化への基礎的課題である変動磁界下におけるバルクの損失および熱的挙動の解析モデルを構築するために,まず一般的な回転機モデルの磁界解析を行えるような解析ツールを作成し,その解析結果を参考にして一般的な永久磁石を用いた回転子だけでなく,超伝導特性を考慮したバルクを用いた回転子を使ったバルク応用回転機モデルの簡易解析ができるようになった.2.上記の解析ツールの結果を参考にして,複数のモデルを構築できるような試験装置を考案し,そのモデル内で回転機特有の変動磁界を模擬できる回転機変動磁界模擬試験装置の製作を行った.さらに,その変動磁界模擬装置中でのバルク損失の計測方法を検討し,試験装置と組み合わせて予備的な測定を行った.3.変動磁界によるバルク損失抑制の解決方法の一つとして我々が提案している高温超伝(HTS)導線材を用いたシールドコイルを付加したバルクの損失について解析モデルを構築すると共に,シールドコイル用HTS線材としてBi系銀シース線材およびY系薄膜線材を使用したシールドコイルを製作し,交流磁場下での電磁気的熱的挙動の測定を行った.それらの測定データを収集することによりシールドコイルの構成法及び,設計法について検討を行うことができた.また,国内の関連学会においてこの分野の研究者達と意見交換を行い,いくつかの問題点等を洗い出すことができ,本研究への新たな課題も見つけることができた.平成22年度の研究実績は以下の通りである.1.前年度に製作した回転機特有の変動磁界環境下で測定を行うことができる回転機変動磁界模擬試験装置については,変動磁界により発生する交流損失にともなう温度変化等のデータの収集を行った.しかし,そのデータを検討した結果,回転子構造等の問題と計測上の問題点が抽出されたため,装置の改良と更なる測定方法の検討を行った.2.高温超伝導バルクの応用回転機実用化への基礎的課題である変動磁界下におけるバルクの損失および熱的挙動の解析モデルを構築するために,昨年度から行っている回転機モデルの磁界解析ツールの一部に改良を加えて,一般的な永久磁石型と超伝導バルク型回転子を使ったバルク応用回転機モデルの解析ができるような変更を行った.この解析ツールを使用して,改良した試験装置による一部測定結果と比較検討を行うことができた.3.変動磁界による損失抑制の解決方法として我々が提案している高温超伝導(HTS)線材を用いたシールドコイルを付加したバルクへの影響について前年度に引き続きデータ収集を行った,それらの測定データによリシールドコイルのより効果的な構成法など,設計法について検討を行うことができた.4.上記の研究成果を米国・ワシントンDCで行われた国際会議(Applied Superconductivity Conference 2010)において発表を行い,この分野の研究者達とディスカッションし情報交換を行った.また,国内の関連学会(低温工学・超電導学会)においてもこの分野の研究者達と意見交換を行い,いくつかの問題点等を見出すことができ,本研究への新たな課題を見つけることができた.平成23年度の研究実績は以下の通りである.1.高温超伝導(HTS)バルクの応用回転機実用化に向けての問題点として挙げられる変動磁界環境下でのHTSバルクへの影響について,前年度に引き続きデータ収集を行った.回転機特有の変動磁界環境下で測定を行うことができる模擬試験装置を使用し,回転駆動時の問題の一つとして挙げられる高調波成分を含んだ変動磁界がHTSバルクの捕捉磁界へ及ぼす影響について交流損失の観点から検証を行なった.測定結果より,変動磁界下でのバルクへの影響について一定の影響がある見通しを得ることができた.さらに別の変動磁界の問題として,ローター回転時の移動磁界(回転磁界)による影響についても検証を行った.この検証については,使用した測定法の精度の問題もあり,十分な検証結果を得るに至っておらず不十分な結果となったが,次の目標への方向性を示すことができた.2.実験モデルの修正を考慮した回転機モデルに基づいて解析ツールの改良を行いバルク応用回転機モデルの磁界解析を行った.この解析ツールを使用して,バルク回転機の変動磁界環境下による影響について,これまでの測定結果と比較検討を行い,実験結果とある程度の妥当性を得られたと考えられる.

3.前年度を含めたこれまでの結果をまとめ,バルク応用回転機の変動磁界による影響を低く抑えるためのシールドコイルの効果および構成法などを考慮した最適設計法の検討ができた.さらに,回転機特有の変動磁界の影響を考慮した設計法の見通しを得た.上記の研究成果をオランダ・デンハーグで行われた第10回欧州超伝導応用会議(EUCAS2011)において発表を行い,この分野の研究者達とディスカッションし情報交換を行った.また,国内の関連学会(低温工学・超電導学会)においても研究者達と意見交換を行い,いくつかの問題点等を見出すことができ,新たな課題を見つけることができた.
口腔扁平上皮癌細胞におけるTGF-B受容体の癌特異的変異の解析

我々はこれまでに、HSC-2ならびにHSC-4細胞におけるTGF-β受容体遺伝子の構造異常もしくは、シグナル伝達異常の可能性を示唆してきた。そこで以下の実験により、TGF-β受容体とシグナル伝達経路における癌化機構との関連を検討した。1.HSC-2ならびにHSC-4細胞よりmRNAを抽出し、逆転写酵素によりcDNAを合成し、PCR法によりTβRI、TβRII遺伝子をcloningし塩基配列を決定した。我々はすでに正常繊維芽細胞からTGF-β受容体(TβRI、TβRII)をcloning済みであり、これらと比較したところ、すくなくとも受容体遺伝子の細胞外領域に関して構造異常を認めず、シグナル伝達異常が推測された。2.これら受容体に関する抗体を用いて、TGF-β刺激時・非刺激時におけるin-vitro-kinase-assayをおこない、一次元ならびに二次元電気泳動にて解析し、標的リン酸化蛋白質の検索を行なった。1.TβRIIの発現が低くTGF-βに反応しない細胞(HSC-2)にTβRIIをtransfectionしたところDNA合性能に関してはTGF-βの反応を回復したものの、細胞外基質の産性能等は回復を認めなかった。
口腔癌における転移形質の特定とその遺伝子発現の多様性

1)DNAチップマイクロアレイ法による転移性細胞に特異的遺伝子発現様式の解析:ヒト唾液腺腺様嚢胞癌細胞ACC2、ACC3細胞、および高転移能を有するACCM細胞、舌扁平上皮癌細胞ZK-1、ZK-2細胞、および高転移能を有するMK-1細胞について、それらの発現する遺伝子を解析するため、それぞれ、周密化直前の段階で、全RNAを抽出し、mRNAを得た。これを試料としてDNAマイクロアレイチップによって解析をおこなった。その結果、高転移性細胞株には特異的にIV型コラゲン等の細胞外基質(ECM)分子およびインテグリン等のECM膜受容体分子の両遺伝子発現が低下し、そのかわりMMP、FGF7等のECM分解酵素ならびに細胞増殖細胞周期に関わる遺伝子発現が亢進していた。したがって、癌細胞の転移活動性は遺伝子レベルで制御されていることが示唆された。さらに、これらが蛋白質レベルでも発現低下・上昇してしているかどうかを蛍光抗体法で検討したところ、同様の傾向がえられた。2)転移能の異なる口腔癌培養細胞系におけるECM分子とその分解酵素の経時的発現変動の比較検討:上記1)項の結果から、転移能を規定する重要な遺伝子が細胞外基質代謝に関することもあることが判明したので、上記ACC2、ACCM細胞について、経時的にそれらの遺伝子発現を、蛍光抗体法とRT-PCR法、さらにISH法によって検討し、酵素については免疫ブロット法とザイモグラフィ法によって蛋白質発現と活性を検討した。その結果、高転移性細胞ではファイブロネクチン等の細胞外基質は概して高発現し、MMP9/MMP1が特異的に亢進していた。一方低転移性細胞ではMMP2/MMP7の発現が上昇しており、細胞外基質代謝はその分子種特異性が高いことが示唆された。3)免疫・ハイブリッド組織細胞化学的実験:上記解析によって特定された遺伝子について、組織切片上でも特定された遺伝子およびその産物がそれぞれの細胞で対照的発現をしているかどうかを免疫組織化学とISH法によって検討したところ、蛋白質レベルでも遺伝子と同様の発現変動が確認された。4)転移形質として決定された遺伝子の発現調整による転移能の制御:特定された遺伝子について、高発現細胞にはRNAi法で遺伝子発現抑制試験をおこなっているが、この実験については今後さらに方法の検討が必要である。以上の結果より、口腔癌の転移を制御する遺伝子群は、大略細胞外基質とその代謝、アポトーシスと細胞増殖、さらに細胞骨格に関与するものであることが判明し、これらの遺伝子の発現調節によって口腔癌転移阻止にむけて今後の研究展望が開けたと考えられる。1)DNAチップマイクロアレイ法による転移性細胞に特異的遺伝子発現様式の解析:ヒト唾液腺腺様嚢胞癌細胞ACC2、ACC3細胞、および高転移能を有するACCM細胞、舌扁平上皮癌細胞ZK-

1、ZK-2細胞、および高転移能を有するMK-1細胞について、それらの発現する遺伝子を解析するため、それぞれ、周密化直前(subconfluent)の段階で、全RNAを抽出し、さらに精製して、各細胞から約1μgのmRNAを得た。これを試料としてDNAマイクロアレイチップによって解析をおこなった。その結果、高転移性細胞株には特異的にIV型コラゲン等の細胞外基質(ECM)分子およびインテグリン等のECM膜受容体分子の両遺伝子発現が低下し、そのかわりMMP、FGF7等のECM分解酵素ならびに細胞増殖細胞周期に関わる遺伝子発現が亢進していた。したがって、癌細胞の転移活動性は遺伝子レベルで制御されていることが示唆された。さらに、これらが蛋白質レベルでも発現低下・上昇しているかどうかを蛍光抗体法で検討したところ、同様な傾向がえられた。2)転移能の異なる口腔癌培養細胞系における細胞外基質とその分解酵素の経時的発現変動の比較検討:上記1)項の結果から、転移能を規定する重要な遺伝子が細胞外基質代謝に関するもであることが判明したので、上記細胞のうち、ACC2およびACCM細胞について、経時的にそれらの遺伝子発現を、蛍光抗体法とRT-PCR法、さらにin-situハイブリダイゼーション(ISH)法によって検討し、酵素については免疫ブロツト法とザイモグラフィ法によって蛋白質発現と活性を検討した。その結果、高転移性細胞ではファイブロネクチン等の細胞外基質は概して高発現し、MMP9/MMP1が特異的に亢進していた。一方低転移性細胞ではMMP2/MMP7の発現が上昇しており、細胞外基質代謝はその分子種特異性が高いことが示唆された。3)免疫およびハイブリッド組織細胞化学的実験:上記DNAチップ解析によって特定された遺伝子について、組織切片上でも特定された遺伝子およびその産物がそれぞれの細胞で対照的発現をしているかどうかを免疫組織化学とin-situハイブリダイゼーション(ISH)法によって確認し、その癌組織内での分布を解析することで、それらの遺伝子が実際の生体内でどのように転移機転に寄与しているかどうかを検討している。1)免疫およびハイブリッド組織細胞化学的実験:前年度DNAチップ解析によって特定された遺伝子について、組織切片上でも特定された遺伝子およびその産物がそれぞれの細胞で対照的発現をしているかどうかを免疫組織化学とin-situハイブリダイゼーション(ISH)法によって、その癌組織内での分布を解析した。その結果、ラミニン、IV型コラゲン、MMP、FGF7、ケラチン等の分子の蛋白質発現レベルが遺伝子レベルの発現と対応することが確認され、それらの遺伝子が実際の生体内でも転移機転に寄与している可能性が示唆された。2)標識培養および免疫沈降実験:各培養細胞を上記(1)項と同様の抗体をもちいて免疫沈降をおこなった。沈降物は糖鎖分解酵素処理の有無でSDSポリアクリルアミド電気泳動後にウェスタンブロッティングによって可視化し、各癌細胞における分子量ならびに構成を確定して分子種の差異を検出し、転移能との関連について蛋白質レベルで確認できた。